BR112017009422B1

BR112017009422B1 - Método para produzir uma direção de perfuração desejada de uma broca subterrânea orientável, método para detectar uma força de tendência de formação e aparelho de perfuração

Info

Publication number: BR112017009422B1
Application number: BR112017009422-3A
Authority: BR
Inventors: Kennedy J. Kirkhope; Jonathan Peter Zacharko
Original assignee: Halliburton Energy Services, Inc.
Priority date: 2014-11-19
Filing date: 2014-11-19
Publication date: 2021-12-28
Also published as: GB2546668B; CA2964748A1; SA517381432B1; BR112017009422A2; US20170314332A1; NO20170675A1; AU2014412066B2; CA2964748C; GB201706203D0; GB2546668A; AU2014412066A1; US10577866B2; WO2016080978A1

Abstract

um método para produzir uma direção de perfuração desejada de uma broca subterrânea orientável em consideração de uma força de tendência de formação detectada simultaneamente que age sobre uma broca. o método inclui a detecção, utilizando um dispositivo de configuração de direção de orientação, uma direção e magnitude de uma força de tendência de formação atuando sobre a broca de perfuração da broca subterrânea orientável. adicionalmente, o dispositivo de configuração da direção de direção é configurado para fazer com que a broca de perfuração da broca subterrânea orientável perfure na direção desejada, contrariando a força de tendência de formação com base na direção detectada e magnitude da força de tendência de formação que age na broca.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[0001] A presente divulgação refere-se geralmente a sistemas de perfuração subterrâneos. Mais particularmente, a presente divulgação refere-se ao ajustamento da direção de orientação de perfuração em consideração à tendência de formação.

FUNDAMENTOS

[0002] Durante as operações de perfuração, existem inúmeras forças que atuam sobre uma broca que podem influenciar a direção de perfuração. Por exemplo, uma ferramenta de orientação de perfuração, tal como uma ferramenta orientável rotativa, pode ser afetada por forças laterais que tendem a "empurrar" a orientação, através da broca, numa direção em particular.

[0003] As forças laterais incluem, por exemplo, forças exercidas na broca pela formação através da qual a perfuração está ocorrendo. Durante a perfuração em linha reta, as forças laterais podem resultar a partir de tais causas como anomalias nas formações sendo perfuradas, anisotropia de formação, desequilíbrios na coluna de perfuração, a disposição dos componentes dentro da coluna de perfuração e como uma reação à rotação da broca (também referida coloquialmente como "bit walk"). Durante a perfuração direcional, as forças laterais podem resultar adicionalmente das forças de reação exercidas pela formação em resistência à pressão lateral da ferramenta de orientação para mudar a direção da perfuração. Essas forças laterais exercidas pela formação contra a broca e, por sua vez, a ferramenta de orientação, são referidas geralmente como "tendência de formação".

[0004] A orientação da broca pode ser realizada de várias maneiras. Por exemplo, num sistema de "empurrar a broca", a broca é empurrada lateralmente na direção desejada. Num sistema de "apontar-a-broca", a broca é apontada na direção desejada, alterando a orientação do eixo de broca em relação ao furo. Em ambos os sistemas, para os propósitos de direção, é tipicamente assumido que a perfuração prossegue na direção em que a broca é empurrada ou apontada e que o furo exerce uma força de reação na ferramenta de direção numa direção diretamente oposta à direção na qual a broca está sendo empurrada ou apontada.

[0005] No entanto, as forças laterais indeterminadas observadas acima empurram e puxam a broca, através da face de ferramenta, alterando a direção de orientação e fazendo com que a perfuração saia do curso. Portanto, um operador pode pretender perfurar numa direção em direção a um alvo, mas devido a essas forças laterais, a perfuração prossegue fora do curso.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[0006] Implementações da presente tecnologia serão agora descritas por meio apenas de exemplo com referência às figuras anexas, em que:

[0007] FIG. 1 é um diagrama esquemático ilustrando vetores da tendência de formação;

[0008] FIG. 2A é um diagrama esquemático ilustrando vetores da tendência de formação e uma direção de perfuração desejada;

[0009] FIG. 2B é um diagrama esquemático ilustrando vetores da tendência de formação e uma direção de perfuração real;

[0010] FIG. 2C é um diagrama esquemático ilustrando vetores da tendência de formação e uma direção de perfuração corrigida;

[0011] FIG. 3 é um diagrama esquemático ilustrando vetores da tendência de formação e uma direção de perfuração desejada;

[0012] FIG. 4 é uma vista em corte exemplificativa que demonstra um cálculo de vetor simplificado para corrigir a direção de perfuração;

[0013] FIG. 5 é um diagrama que ilustra um exemplo de uma varredura de 360 graus pela face de ferramenta de uma broca;

[0014] FIG. 6A é um diagrama que ilustra uma modalidade de um dispositivo de perfuração rotativo orientável;

[0015] FIG. 6B é um diagrama que ilustra uma modalidade de um dispositivo de perfuração rotativo orientável;

[0016] FIG. 7 é um diagrama que ilustra um conjunto de deflexão do veio de perfuração, incluindo um anel excêntrico externo rotativo e um anel excêntrico interno rotativo;

[0017] FIG. 8 é um diagrama ilustrando uma modalidade de um conjunto de deflexão do conjunto de deflexão de haste de perfuração que exagera a posição desviada da haste de perfuração em relação ao compartimento;

[0018] FIG. 9 é um diagrama esquemático que ilustra uma modalidade de uma porção interna de um dispositivo de deflexão de haste de perfuração que tem um par de motores de acionamento;

[0019] FIG. 10 é um diagrama esquemático que ilustra uma porção de um dispositivo de perfuração rotativo orientável com as coberturas de escotilha removidas e o par de motores de acionamento e transmissões expostas;

[0020] FIG. 11 é um diagrama esquemático que ilustra uma modalidade de um motor eletricamente comutado simplificado;

[0021] FIG. 12 é um fluxograma diagramático para corrigir a direção de perfuração com base em uma tendência de formação detectada;

[0022] FIG. 13 é um diagrama que ilustra um dispositivo giratório orientável de exemplo com sensores para medir tendência de formação;

[0023] FIG. 14A é um diagrama ilustrando anéis excêntricos exemplificativos configurados de tal modo que o lado espesso do anel interno é orientado com o lado delgado do anel exterior, centrando, assim, a haste de perfuração em relação ao conjunto;

[0024] FIG. 14B é um diagrama ilustrando anéis excêntricos exemplificativos configurados de tal modo que o lado espesso do anel interno é orientado com o lado espesso do anel exterior, defletindo, assim, a haste de perfuração em relação ao conjunto;

[0025] FIG. 15A é um diagrama que ilustra a deflexão zero da haste de perfuração com os anéis excêntricos configurados como na FIG. 14A;

[0026] FIG. 15B é um diagrama que ilustra um exemplo de haste de perfuração defletida com os anéis excêntricos configurados como na FIG. 14B;

[0027] FIG. 16A é uma vista em corte exemplificativa ilustrando rampas complementares com o compartimento deslocado para a esquerda de tal modo que a haste de perfuração esteja numa configuração não defletida;

[0028] FIG. 16B é uma vista em corte exemplificativa ilustrando rampas complementares com o compartimento deslocado para a direita de tal modo que a haste de perfuração esteja numa configuração defletida;

[0029] FIG. 17A é uma vista em corte exemplificativa ilustrando um sistema de "empurrar-a-broca" em que as almofadas hidráulicas se estendem uniformemente dentro do furo;

[0030] FIG. 17B é uma vista em corte exemplificativa ilustrando um sistema de "empurrar-a-broca" em que as almofadas hidráulicas se estendem não uniformemente dentro do furo;

[0031] FIG. 18 é uma vista em corte exemplificativa que ilustra as forças componentes de uma força de formação que age sobre as almofadas hidráulicas de um sistema de "empurrar-a-broca"; e

[0032] FIG. 19 é uma vista esquemática ilustrando o cálculo do vector em vista das forças que actuam sobre as almofadas hidráulicas de um sistema de "empurrar o bit" na FIG. 16.

[0033] FIG. 20 é um diagrama que ilustra uma modalidade de um equipamento de perfuração para perfurar um furo com o sistema de perfuração de acordo com os princípios da presente divulgação;

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0034] Será apreciado que para simplicidade e clareza de ilustração, quando apropriado, numerais de referência foram repetidos entre as diferentes figuras para indicar elementos correspondentes ou análogos. Além disso, numerosos detalhes específicos são estabelecidos a fim de proporcionar um entendimento completo das modalidades descritas neste documento. No entanto, será compreendido por aqueles versados na técnica que as modalidades descritas neste documento podem ser praticadas sem estes detalhes específicos. Em outros casos, métodos, procedimentos e componentes não foram descritos em detalhes de modo a não obscurecer a característica relevante relativa sendo descrita. Além disso, a descrição não será considerada como limitante do escopo das modalidades descritas neste documento. As figuras não estão necessariamente em escala e as proporções de certas partes foram exageradas para melhor ilustrar detalhes e características da presente divulgação.

[0035] Na seguinte descrição, termos tais como "superior", "para cima", "inferior", "para baixo", "acima", "abaixo", "fundo de poço", "topo de poço", "longitudinal", "lateral" e similares, tal como aqui utilizados, significarão em relação o fundo ou à extensão maior do furo de poço circundante, muito embora o furo de poço ou porções dele possam ser desviadas ou horizontais. De modo correspondente, as orientações transversal, axial, lateral, longitudinal, radial, etc., significarão posições relativas à orientação do furo de poço ou da ferramenta. Adicionalmente, as modalidades ilustradas são descritas de modo que a orientação seja tal que o lado direito é considerado como fundo de poço em relação ao lado esquerdo.

[0036] Várias definições que se aplicam em toda esta descrição serão agora apresentadas. O termo "acoplado"é definido como conectado, seja diretamente ou indiretamente, através de componentes intervenientes e não está necessariamente limitado a conexões físicas. A conexão pode ser tal que os objetos sejam permanentemente conectados ou conectados de maneira liberável. O termo "acoplado maneira comunicativa"é definido como conectado, diretamente ou indiretamente, através de componentes intervenientes, as conexões não sendo necessariamente limitadas a conexões físicas, mas sendo conexões que podem acomodar a transferência de dados entre os componentes assim descritos. O termo "fora" se refere a uma região que está além dos limites mais exteriores de um objeto físico. O termo "dentro" indica que pelo menos uma porção de uma região está parcialmente contida dentro de um limite formado pelo objeto. O termo "substancialmente"é definido para ser essencialmente em conformidade com determinada dimensão, forma ou outra palavra que se modifica "substancialmente", de modo que o componente não precisa ser exato. Por exemplo, "substancialmente cilíndrico"significa que o objeto se assemelha a um cilindro, mas pode ter um ou mais desvios de um verdadeiro cilindro.

[0037] O termo "radial" e/ou "radialmente" significa substancialmente em uma direção ao longo de um raio do objeto ou tendo um componente direcional em uma direção ao longo de um raio do objeto, mesmo que o objeto não seja exatamente circular ou cilíndrico. O termo "axialmente" significa substancialmente ao longo de uma direção do eixo do objeto. Se não for especificado, o termo axialmente é tal que ele se refere ao eixo mais longo do objeto.

[0038] Descreve-se um sistema e um método para corrigir uma direção de perfuração de uma broca subterrânea orientável em consideração de uma força de tendência de formação detectada simultaneamente que age sobre uma broca. Em particular, a direção e a magnitude de uma força de tendência de formação que age sobre a broca da broca subterrânea orientável é detectada em primeiro lugar. O dispositivo de configuração da direção de direção é, então, configurado para fazer com que a broca de perfuração da broca subterrânea orientável perfure na direção desejada, contrariando a força de tendência de formação com base na direção detectada e magnitude da força de tendência de formação que age na broca.

[0039] Tal como aqui divulgado, a direção e a magnitude da tendência de formação podem ser detectadas varrendo uma broca numa órbita de substancialmente 360 graus. Medindo o pico de torque máximo durante essa varredura, assim como a orientação na qual ocorre, a direção e a magnitude da tendência de formação podem ser determinadas. Adicionalmente, o dispositivo de regulação da direção de orientação pode incluir motores comutados eletricamente (ECM) e anéis excêntricos para efetuar a varredura assim como afetar a direção. A corrente fornecida ao ECM durante a varredura pode fornecer uma base para calcular o torque e, consequentemente, a magnitude da tendência de formação. Um controlador pode então transmitir instruções para corrigir a direção de perfuração para neutralizar os efeitos da tendência de formação. Correções de Orientação com Base em Forças Atuantes em uma Ferramenta de

Orientação

[0040] Durante as operações de broca, existem numerosas forças que agem sobre uma broca que pode influenciar a direção de perfuração, tal como anisotropia de formação, e várias anomalias na formação. Essas forças impostas pela formação, aqui referidas por conveniência como tendência de formação, podem fazer com que a direção de perfuração desvie do curso a partir da direção desejada. Pode haver um número de forças de formação que agem em qualquer local, mas essas forças podem ser resolvidas em uma força de formação resultante. O componente da força de formação (tendência) que está alinhado à direção de perfuração impõe pouco efeito na direção de perfuração, mas o componente transversal da força de formação resultante pode causar desvio de direção de perfuração. Portanto, as forças que agem sobre a broca e/ou a face da ferramenta são frequentemente referidas como força(s) lateral(ais). Devido a essas forças de formação que alteram o curso, o operador de perfuração deve verificar-e-corrigir repetidamente a direção de perfuração da broca em um processo iterativo em curso. A presente descrição, contudo, descreve um processo pró-ativo no qual a tendência de formação é detectada e a direção de perfuração contemporânea ajustada para compensar a tendência de formação a fim de alcançar a direção de perfuração desejada. A presente invenção refere-se a uma resposta em tempo real, em que a direção de perfuração é substancialmente ajustada imediata ou simultaneamente, ou aproximadamente ao mesmo tempo, de modo a corrigir o efeito da tendência de formação na direção de perfuração.

[0041] Um exemplo do efeito de forças laterais, tal como a tendência de formação é ilustrado na FIG. 1. Mostrado na FIG. 1 é uma haste de perfuração 24 com a broca 22, em que está perfurando para baixo dentro de uma formação F. A formação F é constituída por uma pluralidade de 5 camadas empilhadas uma sobre a outra e que se prolongam em várias direções. As 5 camadas de formação podem ser do mesmo tipo ou diferente tipo de rocha, mas diferirão por alguma propriedade ou característica que diferencia uma camada da outra. Ao perfurar, a forma e a inclinação de cada uma das camadas podem afetar a direção da perfuração. A mudança de direção imposta na direção de perfuração pela forma dessas camadas pode ser referida como tendência de formação discutida acima. Conforme ilustrado na FIG. 1, a broca 22 começa a perfurar na superfície 9 de uma nova camada de rocha na formação F. A camada de formação impõe uma força sobre a broca com uma magnitude e direção (isto é, vetor) ilustrada pelas respectivas setas de vetor em FIG. 1. A camada impõe uma força lateral ilustrada pelo vetor 6, assim como uma força vertical ilustrada pelo vetor 8 na broca 22. A partir desses, uma força normal de tendência de formação ilustrada pelo vetor 7 é imposta na broca 22 como mostrado na FIG. 1.

[0042] O mesmo vetor de força vertical 8, o vetor de força lateral 6 e o vetor de força normal de tendência de formação 7 são mostrados também na FIG. 2A (vetores, isto é, direção e magnitude de uma força, são representados pelas setas nas FIGS. 2A-2C). As forças são mostradas numa vista isométrica da haste de broca 24 e broca 22. O vetor de direção de perfuração desejado 810 ilustrado pela seta apontando para a parte superior esquerda da figura indica a direção de perfuração desejada. Devido à força normal de tendência de formação representada pelo vetor 7 sobre a broca 22, a direção de perfuração é deslocada para fora do curso da direção de perfuração desejada representada pelo vetor 810. Em particular, como mostrado na FIG. 2B, a força lateral representada pelo vetor 6 desloca a perfuração a partir da direção desejada indicada pelo vetor 810 para a direção de perfuração real representada pelo vetor 820. Desta forma, a direção da perfuração é deslocada do curso. Contudo, tal como aqui descrito, aplicando-se adição de vetor, pode ser aplicada uma força corretiva para neutralizar a força imposta pela tendência de formação. Em particular, por adição de vetor, em vista do vetor de força lateral 6 e o vetor de direção de perfuração desejado 810, o vetor de direção de perfuração corrigido 840 pode ser determinado, representado pela seta apontando para baixo e para a esquerda na FIG. 2C. Consequentemente, por perfuração nesta direção corrigida, a tendência de formação pode ser contrariada e a perfuração na direção desejada 810 pode ser conseguida.

[0043] Uma discussão esquemática adicional é ilustrada nas FIGs. 3-4, mostrando uma vista em corte da formação F e uma broca de perfuração 22. Ilustrado na FIG. 3 está uma seta vetorial 800 apontando para a parte superior direita da figura que representa a direção e a magnitude da força da tendência de formação. O vetor 810 que aponta para o lado esquerdo da figura representa a direção e a magnitude de perfuração desejadas. A magnitude da direção desejada pode ser referida, por exemplo, como a força de corte lateral - devido ao corte de broca, ou sendo forçada, diagonalmente na formação à medida que perfura. Tal valor pode ser medido por um sensor de força e/ou pelo sistema de MWD anteriormente observado. Alternativamente, ou adicionalmente, isso pode ser determinado com referência à quantidade de pressão aplicada na superfície sobre a coluna de perfuração no furo. Dependendo da magnitude e direção da tendência de formação, a direção de perfuração real irá prosseguir para algum lugar entre a direção de perfuração desejada e a direção da tendência de formação.

[0044] Com o conhecimento da magnitude e direção que a formação está exercendo força, a direção de perfuração desejada pode ser instituída. Por exemplo, empregando matemática de vetor simples, a força da tendência de formação pode ser considerada e a direção de perfuração desejada alcançada. Por exemplo, a FIG. 4 demonstra uma adição de vetor simples. A tendência de formação é mostrada pela seta de vetor 800 apontando para a direita superior, enquanto que a direção de perfuração desejada é mostrada pelo vetor 810 apontando para a esquerda similar à FIG. 3. Observando uma força contrária (igual, mas oposta) 830 à força de formação, juntamente com a direção de perfuração desejada e a magnitude do vetor 810, um vector resultante 840 pode ser determinado. Esse vetor resultante 840 representa a força e a direção em que a face de ferramenta deve agir na formação durante a perfuração de modo a superar a tendência de formação e perfurar na direção desejada.

[0045] A magnitude e a direção da tendência de formação são determinadas empiricamente e pode diferir grandemente entre locais e ao longo de um poço de formação. São aqui divulgados múltiplos exemplos para medir ou determinar a tendência de formação.

[0046] Em alguns exemplos, a direção e a magnitude da tendência de formação podem ser determinadas utilizando um dispositivo de perfuração rotativo orientável. Por exemplo, fazendo referência à FIG. 5, a tendência de formação é determinada rodando uma haste de perfuração defletida 24 através de uma varredura substancialmente de 360 graus durante a qual a face de ferramenta de broca 22 é pressionada contra a periferia circunferencial da parede de furo. Na ausência de qualquer força lateral, tal como a tendência de formação, a força necessária para rodar a face de ferramenta numa volta completa será constante durante todo o varrimento. No entanto, se a formação impor uma força lateral, a porção da varredura que atua em oposição à tendência de formação requererá o maior, ou máximo, torque. Ao medir esse torque máximo de pico, assim como a orientação da haste de perfuração 24 ou broca 22 na qual ocorreu, a força lateral aplicada pela formação, assim como a sua direção, pode ser determinada. Consequentemente, ambas (1) a magnitude do torque máximo e (2) a orientação na qual o torque máximo ocorrido é determinado. Com base nesta medição, as correções de direção podem ser feitas como na FIG. 4 para perfurar na direção desejada.

[0047] O dispositivo de deflexão de haste de um dispositivo de perfuração rotativo orientável aqui descrito e discutido em detalhe nas FIGs. 6A e 6B abaixo, podem ser utilizados para determinar a tendência de formação. Em particular, o torque fornecido pelos motores de acionamento do dispositivo de deflexão de haste para rotação da haste no dispositivo de perfuração rotativo orientável pode ser utilizado para determinar a tendência de formação. Além disso, o torque é determinável com base nas características incorporadas de um motor comutado eletricamente (ECM) como parte dos motores de acionamento.

Dispositivo de Orientação Rotativo Tendo Dispositivo de Deflexão de Haste de Perfuração

[0048] Conforme ilustrado nas FIGs. 6A e 6B, o dispositivo de perfuração rotativo orientável 20 inclui um a haste de perfuração rotativa 24 que é conectável ou ligável a uma broca rotativa de perfuração 22 e a uma coluna de perfuração rotativa 25 durante a operação de perfuração. Mais particularmente, a haste de perfuração 24 tem uma extremidade proximal 26 tipicamente mais próxima da superfície da terra através do poço de exploração 48 (ilustrado na FIG. 20) e uma extremidade distal 28 mais profunda no poço, tipicamente mais afastada da superfície terrestre através do poço de exploração 48.

[0049] A extremidade distal 28 da haste de perfuração 24 pode ser ligada de modo a poder ser ligada ou anexada à broca de perfuração rotativa 22 de tal modo que a rotação da haste de perfuração 24 pela coluna de perfuração 25 resulta numa rotação correspondente da broca de perfuração 22.

[0050] O dispositivo de perfuração rotativo orientável 20 inclui um compartimento 46 para suportar rotativamente um comprimento da haste de perfuração 24 para rotação no mesmo mediante rotação da coluna de perfuração anexada 25. O compartimento 46 pode suportar, e prolongar-se ao longo de qualquer comprimento da haste de perfuração 24. Contudo, no exemplo ilustrado, o compartimento 46 suporta substancialmente todo o comprimento hda haste de perfuração 24 e prolonga-se substancialmente entre as extremidades proximal e distal 26, 28 da haste de perfuração 24.

[0051] Um dispositivo de deflexão de haste de perfuração exemplar 750 é fornecido para desviar a haste para a deflexão desejada (curva), obter a orientação azimutal desejada, assim como varrer a broca 22 como mostrado na FIG. 5. Um ou mais motores (dois são mostrados) que incluem, por exemplo, um motor de acionamento de anel excêntrico exterior 760a e um motor de acionamento de anel excêntrico interior 760b recebidos sob as escotilhas 710a, 710b. As escotilhas 710a, 710b podem ser presas ao compartimento 46 com parafusos rosqueados ou mecanismos de fixação similares que podem ser liberados, que facilitam a remoção das escotilhas 710a, 710b. Uma vedação também pode ser fornecida entre as escotilhas 710a, 710b e o compartimento 46 que mantém um compartimento fechado hermético a fluidos dentro do compartimento 46.

[0052] O motor de acionamento de anel excêntrico externo 760a e um motor de acionamento de anel excêntrico interior 760b são acoplados indiretamente ao conjunto de deflexão 92 através de transmissões de relação fixa (ilustradas nas FIGS. 9-10). O conjunto de deflexão 92 fornece a deflexão controlada da haste de perfuração 24 resultando numa dobra ou curvatura da haste de perfuração 24 de modo a fornece a deflexão desejada da broca de perfuração anexada 22. A orientação da deflexão da haste de perfuração 24 pode ser alterada de modo a alterar a orientação da broca de perfuração 22 ou face de ferramenta, enquanto que a magnitude da deflexão da haste de perfuração 24 também pode ser alterada para variar a magnitude da deflexão da broca de perfuração 22 ou a inclinação da broca em relação ao compartimento 46. Conforme descrito abaixo, a montagem de deflexão pode incluir anéis excêntricos.

[0053] O motor de acionamento de anel excêntrico exterior 760a e um motor de acionamento de anel excêntrico interior 760b podem ser ECMs. Como discutido em maior detalhe abaixo, a utilização de características incorporadas e informações comutativa dos ECMs, juntamente com o acoplamento de relação fixa ao conjunto de deflexão 92, permite a determinação da orientação relativa da deflexão da haste de perfuração efetuada pelo conjunto de deflexão 92 assim como o torque necessário para a rotação.

[0054] Durante a perfuração, o dispositivo de perfuração orientável rotativo 20 é ancorado contra a rotação no poço de exploração pelo dispositivo anti-rotação 252 ou qualquer mecanismo, estrutura, dispositivo ou método capaz de restringir ou inibir a tendência do compartimento 46 para girar após a perfuração rotativa pode ser usado. Vantajosamente, as rodas que se assemelham a cortadores de pizza redondos podem ser empregadas que se estendem, pelo menos parcialmente, para fora do dispositivo de perfuração rotativo orientável 20 e projetam-se na terra que circunda o furo de poço.

[0055] A extremidade distal inclui um rolamento distal radial 82 que inclui um rolamento de fulcro, também referido como um rolamento focal, ou algum outro rolamento que facilite a dobra da haste de perfuração 24 no local de rolamento radial distal na deflexão controlada da haste de perfuração 24 pelo dispositivo de perfuração rotativo orientável 20 para produzir uma flexão ou curvatura da haste de perfuração 24.

[0056] O dispositivo de perfuração orientável rotativo 20 tem pelo menos um rolamento radial proximal 84 que está contido dentro do compartimento 46 para suportar rotativamente a haste de perfuração 24 radialmente.

[0057] O aparelho de sensor de orientação de compartimento 364 pode conter um inserto de inclinação-em-broca (At-Bit-Inclination) ou ABI associado ao compartimento 46. Adicionalmente, o dispositivo de perfuração orientável rotativo 20 pode ter um aparelho de sensor de orientação de coluna de perfuração 376. Os sensores que podem ser utilizados para determinar a orientação incluem, por exemplo, magnetômetros e acelerômetros. O dispositivo de perfuração orientável rotativo 20 também tem opcionalmente um conjunto de travamento de haste-de- perfuração-para-compartimento liberável 382 que pode ser utilizado para bloquear seletivamente a haste de perfuração 24 e o compartimento 46 em conjunto.

[0058] Além disso, a fim de que as informações ou os dados possam ser comunicados ao longo da coluna de perfuração 25 a partir ou para localizações no fundo de poço, o dispositivo de perfuração orientável rotativo 20 pode incluir um sistema de comunicação da coluna de perfuração 378.

Mecanismo de Deflexão

[0059] Os motores de acionamento 760a, 760b referidos acima estão ligados indiretamente ao conjunto de deflexão 92 por transmissões de relação fixa 780 ou componentes de transmissão para deflexão da haste de perfuração 24. Conforme ilustrado na modalidade exemplificativa ilustrada na FIG. 7, o conjunto de deflexão 92 tem um mecanismo de deflexão 384 constituído por um mecanismo excêntrico de anel duplo. Os anéis excêntricos podem estar localizados a uma distância espaçada uns dos outros ao longo do comprimento da haste de perfuração 24. Contudo, no exemplo ilustrado, o mecanismo de deflexão 384 é constituído por um anel externo excêntrico 156 e por um anel interno excêntrico 158, fornecidos um dentro do outro na mesma localização axial ou posição ao longo da haste de perfuração 24, dentro do compartimento 46. A rotação de um ou ambos os anéis excêntricos 156, 158 transmite uma deflexão controlada da haste de perfuração 24 na localização do mecanismo de deflexão 384.

[0060] Os anéis excêntricos contêm um receptor de haste de perfuração 27 que recebe e é acoplado em torno da haste de perfuração 24 que passa através do mesmo. O eixo central da haste de perfuração 24 e o receptor da haste de perfuração 27 coincidem substancialmente. O anel exterior 156 e também a superfície periférica exterior circular 160 do anel exterior 156, podem ser suportados de forma rotativa ou montado rotativamente sobre, direta ou indiretamente, a superfície periférica interna circular 78 do compartimento 46. Quando suportado indiretamente, pode ser incluído, por exemplo, um alojamento intermediário 751 entre o anel exterior 156 e a superfície periférica interior 78 do compartimento 46.

[0061] A superfície periférica interna circular 78 do compartimento 46 está centrada no centro da haste de perfuração 24, ou o eixo de rotação "A" da haste de perfuração 24, quando a haste de perfuração 24 estiver numa condição não defletida ou o conjunto de deflexão 92 é inoperante. A superfície periférica interior circular 162 do anel exterior 156 é centrada no ponto "B" que está deslocado das linhas centrais da haste de perfuração 24 e do compartimento 46 por uma distância "e".

[0062] A superfície periférica interna circular 168 do anel interno 158 é centrada no ponto "C", que é desviado do centro "B" da superfície periférica interna circular 162 do anel exterior 156 pela mesma distância "e". Conforme descrito, o grau de desvio da superfície periférica interna circular 162 do anel exterior 156 a partir do compartimento 46, definido pela distância "e", é substancialmente igual ao grau de desvio da superfície periférica interna circular 168 do anel interno 158 a partir da superfície periférica interna circular 162 do anel exterior 156, também definida pela distância "e".

[0063] Com a rotação dos anéis interior e exterior 158, 156, independentemente ou em conjunto, o centro da haste de perfuração 24 pode ser deslocado com o centro da superfície periférica interna circular 168 do anel interno 158 e posicionado em qualquer ponto dentro de um circulo tendo um raio igual à soma das quantidades do desvio da superfície periférica interna circular 168 do anel interior 158 e da superfície periférica interna circular 162 do anel exterior 156.

[0064] Por outras palavras, fazendo rodar os anéis interior e exterior 158, 156 um em relação ao outro, o centro da superfície periférica interna circular 168 do anel interno 158 pode ser movido para qualquer posição dentro de um círculo tendo o raio predeterminado ou predefinido como descrito acima. Deste modo, a porção ou a seção da haste de perfuração 24 que se estende através e suportada pela superfície periférica interna circular 168 do anel interno 158 pode ser defletida numa quantidade em qualquer direção perpendicular ao eixo de rotação da haste de perfuração 24.

[0065] Uma expressão simplificada e exagerada do conceito de deflexão da haste de perfuração 24 é ilustrada na FIG. 8. Conforme ilustrado, a orientação dos anéis 156, 158 provoca a deflexão da haste de perfuração 24 numa direção inclinando assim a broca de perfuração 22 na direção oposta em relação à linha central do compartimento defletor 46.

[0066] Na prática, é enviado um sinal de controle para um ou ambos os motores 760a, 760b que agem e aplicam uma força de rotação através de um ou ambos os acoplamentos de aranha 763a, 763b para acionar as hastes 765a, 765b que fazem girar os respectivos pinhões 766a, 766b. Os pinhões 766a, 766b engatam e giram as respectivas engrenagens de dentes retos 770a, 770b, que comunicam a rotação aos respectivos anéis excêntricos 156, 158. Deste modo, os anéis excêntricos podem ser rodados individualmente ou simultaneamente a partir de uma posição na qual os centros axiais estão alinhados (isto é, "e" menos "e" igual a zero) a qualquer outra posição desejada dentro de um círculo com um raio de "2e" em torno da linha central A do compartimento 46. Deste modo, a haste de perfuração 24 é defletido num ângulo desejado. Isto é, a quantidade de deflexão é afetada com base na distância que a haste de perfuração 24 é deslocada radialmente (puxada) para fora da linha central do compartimento 46. O grau de deslocamento radial pode ser afetado pela rotação de um ou ambos os anéis excêntricos 156, 158, em qualquer direção.

[0067] A deflexão subsequente da haste, ao rodar os anéis excêntricos simultaneamente, a face da ferramenta pode ser varrida numa órbita de 360 graus como mostrado na FIG. 5. O torque fornecido pelos motores de acionamento para a varredura pode ser usado para determinar o pico de torque durante a varredura, assim como a orientação a que ocorreu, em parte devido à transmissão de relação fixa entre os motores 760a, 760b e os anéis excêntricos 156, 158.

Mecanismo de Deflexão

[0068] Conforme ilustrado nas FIGs. 9-10, os motores de acionamento 760a, 760b estão ligados aos anéis excêntricos por transmissões de relação fixa 780 ou componentes de transmissão. Essas são fixas em suas proporções de engrenagens de tal modo que mediante a rotação de um rotor dentro dos motores 760a, 760b, as transmissões de relação fixa 780 transmitem a rotação do rotor para o acionador mecânico em uma relação em particular. As transmissões incluem, por exemplo, acoplamentos de aranha, eixos, pinhões, engrenagens de dentes retos mais delineadas e definidas a seguir. Em particular, os motores de acionamento 760a, 760b estão, cada um, acoplados a um pinhão 766a, 766b através do acoplamento de aranha superior 763a e acoplamento de aranha inferior 763b. Os acoplamentos de aranha 763a, 763b são, cada um, constituídos por dentes entrelaçados opostos 762a, 762b que comunicam a rotação dos motores de acionamento 760a, 760b para um conjunto de pinhões 766a, 766b. A parte de acoplamento superior 765a, 765b de cada acoplamento de aranha 763a, 763b inclui uma série de dentes e canais que engatam uma série similar (imagem espelhada) de dentes e canais na porção de acoplamento inferior 764a, 764b de cada acoplamento de aranha 763a, 763b. Podem haver hastes de acionamento 767a, 767b que se estendem da porção de acoplamento inferior 764a, 764b até um pinhão de anel excêntrico exterior 766a e o pinhão de anel excêntrico interior 766b. Os respectivos pinhões 766a, 766b são cada um ranhurados, tendo dentes de engrenagem que engatam com uma engrenagem dentada de anel excêntrico exterior 770a e engrenagem dentada de anel excêntrico interior 770b. As engrenagens de dentes retos 770a, 770b são, cada uma, ranhuradas, tendo dentes de engrenagem que circundam toda a borda periférica da respectiva engrenagem e recebem os dentes dos pinhões 766a, 766b. As engrenagens de dentes retos 770a, 770b podem ter substancialmente o mesmo diâmetro, com uma circunferência inferior a do compartimento 46, e alternativamente podem também ter o mesmo ou maior anel excêntrico exterior 156.

[0069] Os pinhões 766a, 766b são posicionados adjacentes às engrenagens de dentes retos 770a, 770b, na sua periferia, de modo que os dentes do pinhão engatem com os dentes de engrenagem retos como mostrado na FIG. 9. Os motores 760a, 760b fornecem uma força de acionamento rotativa que é comunicada através do acoplamento de aranha 763a, 763b e eixos de acionamento 767a, 767b que causam a rotação dos pinhões 766a, 766b. Os pinhões rotativos 766a, 766b engatam e fazem rodar as engrenagens de dentes retos 770a, 770b. As engrenagens de dentes retos 770a, 770b podem ser ligadas direta ou indiretamente aos anéis excêntricos exterior e interior 156, 158 contidos dentro do corpo do dispositivo de deflexão 750. Por exemplo, as engrenagens de dentes retos 770a, 770b podem ser aparafusadas a anéis excêntricos internos e externos 156, 158. No exemplo ilustrado, a engrenagem de anel exterior excêntrico 770a está acoplada ao anel excêntrico exterior 156 através de uma ligação, que pode assumir a forma ou uma manga cilíndrica interligada. A engrenagem excêntrica interna 770b, no entanto, está acoplada ao anel excêntrico interior 158 através de um acoplamento de Oldham. O acoplamento de Oldham permite a rotação descentrada e o movimento orbital necessário do anel excêntrico interno 158 em relação ao compartimento 46.

[0070] A engrenagem de dentes retos de anel excêntrico interior 770b permite a deflexão ou flutuação da haste de perfuração 24 mantido na abertura interior do anel excêntrico interno 156. À medida que a haste de perfuração 24 orbita em torno do compartimento 46 à medida que as orientações dos anéis excêntricos mudam, a transmissão de potência, pelo menos para o anel excêntrico interior 156, deve deslocar-se de modo a manter conexão ao anel 156 e isto é conseguido pelo uso do acoplamento de Oldham.

[0071] Por conseguinte, as transmissões de relações fixas 780 entre os motores de acionamento 760a, 760b e os anéis excêntricos 156, 158 permitem a rotação dos anéis uns em relação aos outros para desviar a haste, assim como a rotação simultânea para varrer a face de ferramenta.

Motores Comutados Eletricamente

[0072] Conforme discutido acima, os motores de acionamento 760a, 760b estão ligados ao conjunto de deflexão 92 através de transmissões de relação fixa 780. Cada um dos motores de acionamento 760a, 760b empregam um ou mais motores comutados eletricamente (ECM). O ECM termo pode incluir todas as variantes da classe geral de motores comutados eletricamente, que podem ser descritos utilizando várias terminologias tais como um motor BLDC, um motor síncrono de ímã permanente (PMSM), um motor comutado eletricamente (ECM/CE), um motor de ímã permanente interior (IPM), um motor de passo, um motor de indução AC e outros motores elétricos semelhantes que são alimentados pela aplicação de um sinal de potência variável, incluindo motores controlados por um controlador de motor que induz o movimento entre o rotor e o estator do motor.

[0073] Conforme discutido em relação à FIG. 5, para determinar a tendência de formação ambas (1) a magnitude de torque máximo e (2) a orientação na qual o torque máximo ocorrido é determinado durante uma varredura da face de ferramenta. Os ECMs tal como aqui descritos permitem a determinação destes valores.

[0074] Por exemplo, um aspecto benéfico dos ECMs utilizados no dispositivo de deflexão descrito 750 é que o grau de deflexão da haste de perfuração e a direção da face de ferramenta da broca podem ser determinados com referência à posição do(s) rotor(es) de ECM. Tais informações posicionais podem ser usadas para determinar a direção da tendência de formação.

[0075] Uma versão simplificada dos componentes de um ECM 907 é mostrada na FIG. 11. Ilustra-se aqui um rotor 910 constituído por um ímã e um estator 912 constituído por uma série de peças estatoras enroladas 914 que circundam o rotor 910. A posição relativa do rotor 910 é utilizada por um controlador de motor 955 para comutação elétrica do rotor 910. Um resolvedor 921 pode ser utilizado para determinar essa posição de rotor, e em particular os graus de rotação. Alternativamente, ou em adição ao resolvedor 921, podem ser utilizados sensores de efeito Hall 922 para detectar a posição do rotor 910. Em alguns exemplos, apenas um sensor de efeito Hall deve ser usado, enquanto que em outros exemplos podem ser usados vários sensores de efeito Hall que compõem uma unidade de sensor de efeito Hall, ou tais sensores de efeito Hall podem ser usados com um resolvedor. Ainda noutros exemplos, os sensores podem ser omitidos completamente, por exemplo, empregando técnicas de comutação sem sensor utilizadas em aplicações de ECM. Técnicas de comutação sem sensor de "controle orientado campo" ("FOC") ou "controle de modo vetorial". FOC é uma característica de controle realizada pelo controlador de motor ou outro dispositivo de processamento para comutação de motor. Com a função de detecção sem sensor ou incorporada do ECM para a comutação elétrica do rotor 910, essas mesmas informações podem ser utilizadas para determinar a posição de atuação dos anéis excêntricos do conjunto de deflexão 92.

[0076] Em particular, as informações obtidas pelo resolvedor 921 do ECM 907 ou outros sensores de posição podem ser utilizadas pelo controlador de motor 955 para determinar e controlar a posição do acionador mecânico 384. Isso é possível devido a relações de engrenagens fixas das transmissões de relação fixa 780 entre o ECM 907 e o acionador mecânico 384. O controlador de motor 955 pode acionar as transmissões de proporção fixa 780, por exemplo, componentes que transmitem potência motora aos anéis excêntricos 156, 158 e podem incluir os acoplamentos de aranha 763a, 763b acima mencionados, pinhões 766a, 766b ou engrenagens de dentes retos 770a, 770b ou outros componentes de transmissão acoplados ao acionador mecânico 384 para defletir ou indexar a haste 24.

[0077] Para o controle dos anéis excêntricos 156, 158, um sensor, tal como um resolvedor 921, pode medir o número acumulado de rotações do rotor 910 e posição no ECM 907 necessário para uma rotação completa do anel excêntrico 156, 158. O sensor pode ser incorporado no ECM, e pode estar dentro ou fora do compartimento do ECM. Enquanto tipicamente um sensor precisa apenas detectar uma rotação do rotor do ECM para realizar a comutação ordinária, no presente exemplo, as rotações acumuladas do rotor necessárias para rodar o anel excêntrico ou outro acionador mecânico são detectadas e recebidas no controlador de motor. Geralmente, o ECM exigirá várias rotações do rotor para girar o anel excêntrico uma rotação completa, por meio do resolvedor ou outro sensor, o controlador do motor rastreia a posição e o número de rotações ao longo da vida útil do ECM em relação à rotação correspondente dos anéis excêntricos.

[0078] Consequentemente, o controlador de motor 955 do ECM 907 utiliza as informações de comutação obtidas a partir do resolvedor 921 para rastrear as alterações incrementais correspondentes à posição do anel excêntrico. Isso é possível devido às transmissões de relação fixa 780 entre o rotor do ECM e os anéis excêntricos 156, 158. Ao contrário de outros mecanismos de polarização tais como sistemas de embreagem, as transmissões aqui não têm deslizamento entre cada ligação porque o sistema emprega engrenagens fixas; nomeadamente, dentes ou ranhuras engrenadas reciprocamente entre as engrenagens. Consequentemente, existe uma relação de engrenagem fixa entre cada um dos componentes de transmissão, por exemplo, do rotor de ECM para os acoplamentos de aranha 763a, 763b, e de lá aos pinhões 766a, 766b, e subsequentemente para as engrenagens de dentes retos 770a, 770b e finalmente os anéis excêntricos 156, 158. Por conseguinte, para cada rotação total ou parcial, ou rotações múltiplas do rotor de ECM 910, existe uma quantidade direta e fixa da rotação do anel excêntrico associado. Consequentemente, o resolvedor 921 fornece as informações de posição do rotor ECM 910 como uma parte do processo de comutação que, por sua vez, pode ser utilizado para controlar a posição de rotação do anel excêntrico.

[0079] Em alguns exemplos, em vez de um resolvedor, um sensor ou sensores de efeito Hall 922 podem ser empregados, incorporados ou próximos a ECM 907. Os sensores de efeito Hall 922 fornecem informações de posição do rotor de ECM 910 semelhante ao resolvedor 921. O posicionamento exato dos sensores de efeito Hall ou resolvedor pode depender da sensibilidade ou da configuração específica do ECM. Alternativamente, os sensores podem ser dispensados completamente pelo uso da fase energizada do motor para inferir onde o rotor está em sua rotação. Em outros exemplos, o motor pode empregar FOC ou "controle de modo vetorial".

[0080] Um outro aspecto benéfico dos ECMs empregados aqui é que a magnitude da tendência de formação pode ser obtida indiretamente através da medição do torque fornecido pelo ECM. Em particular, os ECMs têm uma característica de controle de realimentação incorporada que determina ou calcula a quantidade de torque produzido pelo motor. Essa característica incorporada nos ECMs permite a redução geral na necessidade de sensores adicionais ou unidades de processamento em qualquer outra parte da broca orientável rotativa, uma vez que essa função é tratada dentro da própria unidade ECM. Esse torque pode ser usado como uma base para determinar a magnitude da tendência de formação. Desse modo, as ECM do dispositivo de deflexão 750 podem ser utilizadas para determinar tanto a direção como a magnitude da tendência de formação.

[0081] Para determinar o torque fornecido pelo ECM, pode ser utilizado qualquer método ou mecanismo de medição de torque; no entanto, neste exemplo ilustrativo, o ECM emprega FOC ou "controle de modo vetorial". FOC é uma característica de controle realizada pelo controlador de motor ou outro dispositivo de processamento para comutação de motor e que obtém torque como parte de seu processo de controle. Por exemplo, como parte do recurso de controle, como o controle de FOC, o torque pode ser calculado pelo controlador de motor com base na entrada de corrente no estator. Além disso, podem ser utilizados outros métodos para determinar o torque, tais como sensores de torque colocados dentro ou fora do motor e que medem a saída de torque do ECM.

[0082] Por conseguinte, para implementar o controle de realimentação, os controladores de motor podem ter o processador, discutido acima, ligado com elementos de memória através de um barramento de sistema, para execução de instruções de controle, tais como FOC. Os dados relacionados aos sinais elétricos, incluindo tensão e corrente, podem ser obtidos através de uma variedade de maneiras, incluindo dispositivos de I/O para processamento pelo controlador de motor. Os dados elétricos, tais como a corrente fornecida ao estator, podem ser utilizados pelos um ou mais processadores para calcular ou determinar o torque de um ou ambos os ECMs.

Determinação da Tendência de Formação Utilizando Dispositivo de Deflexão de Haste

[0083] Referindo-se novamente à FIG. 5, e conforme discutido a direção e a magnitude da tendência de formação pode ser determinada rodando uma haste de perfuração defletida 24 através de uma varredura substancialmente de 360 graus durante a qual a face de ferramenta de broca 22 é pressionada contra a periferia circunferencial da parede de furo. Essa varredura pode ser realizada, por exemplo, pelo controlador de motor 955 dos ECMs que comunicam uma instrução ao motor de ECM para rodar os correspondentes anéis excêntricos 156, 158. Na ausência de qualquer força lateral, tal como a tendência de formação, a força necessária para rodar a os anéis excêntricos 156, 158 numa volta completa será constante durante todo o varrimento. No entanto, se a formação impor uma força lateral, a porção da varredura que atua em oposição à tendência de formação requererá o maior, ou máximo, torque para girar os anéis. Ao medir esse torque máximo de pico, assim como a orientação da haste de perfuração 24 ou broca 22 na qual ocorreu, a força lateral aplicada pela formação, assim como a sua direção, pode ser determinada.

[0084] Para obter tal medição, os anéis excêntricos podem ser rodados para varrer a haste de perfuração e rodar a direção da face de ferramenta da broca substancialmente uma rotação azimutal completa enquanto registra o torque máximo, assim como a orientação dos anéis excêntricos nos quais ocorre usando o controle de feedback embutido do ECM. Inicialmente, os anéis excêntricos são rodados para definir uma quantidade desejada de deflexão (0 graus a uma quantidade máxima de deflexão, ou de "0" a "2e"). O eixo de perfuração e a face da ferramenta são então varridos/girados através de 360 graus da direção azimutal. Essa rotação é ilustrada, por exemplo, na Fig. 5 com a broca 22 girando na direção da seta 15. Durante essa rotação da superfície da ferramenta, o torque exercido pelo(s) motor(es) para girar os anéis excêntricos é medido continuamente pelo processo de realimentação no controlador do motor. Isso proporciona uma medição indireta das forças laterais que são exercidas na haste de perfuração na face de ferramenta pela tendência de formação. Especificamente, o torque que é requerido pelo ECM para superar as forças laterais que resistem à rotação do mecanismo de polarização é usado para determinar a magnitude e a direção da tendência de formação.

[0085] Além disso, para essa ação de varrimento, a face de ferramenta é preferencialmente rodada em oposição à direção de rotação da haste de perfuração durante a perfuração. Por exemplo, na FIG. 5, a broca é varrida no sentido anti-horário na direção da seta 15, enquanto que o compartimento 46 tende a girar no sentido dos ponteiros de relógio. Isso é devido ao "rolamento" do compartimento 46 discutido acima causado pela rotação da haste de perfuração 24 no sentido horário durante a perfuração. Varrendo-se a face de ferramenta na direção oposta que a haste de perfuração 24 roda para perfurar, o tempo necessário para que a broca 22 complete a varredura de 360 graus em relação ao compartimento é reduzido. Além disso, a capacidade de motores de ECM e outros motores para girar em ambas as direções (frente e reverso) garante a capacidade de varrer a superfície da ferramenta na direção oposta da rotação da coluna de perfuração também.

[0086] Se a perfuração direcional estiver em curso com a face de ferramenta da broca pressionada contra o furo através da deflexão da haste de perfuração e o ECM é controlado para completar uma varredura de rotação completa da face de ferramenta em torno do furo através do mecanismo de polarização e arrasto elevada (evidenciado como um pico de torque no ECM) somente é medido na direção de perfuração, então não há força de formação no trabalho na superfície da ferramenta e nenhuma correção direcional é necessária. Se, no entanto, um pico de torque for detectado em outro(s) ponto(s) sobre a varredura, então a tendência de formação está presente e está agindo a partir da(s) direção(s) na qual a face de ferramenta está pressionando quando o pico de torque (arrasto na face de ferramenta) for detectado e a magnitude da força de formação que age nesse ponto corresponde à magnitude do pico de torque naquela posição na varredura. Neste último caso, a tendência de formação detectada deve ser compensada para se conseguir a direção de perfuração desejada.

[0087] Durante a rotação completa da superfície da ferramenta, o torque experimentado é medido e calculado a média. Isso torna-se uma linha de base contra a qual os picos de torque podem ser comparados e quantificados. Para compreender isto, deve ser apreciado que os picos essencialmente cancelam no processo de média; isso é, cada pico de torque aumentado ocorre na posição onde a face de ferramenta está pressionando contra a força particular, mas há um vale de torque proporcional (mesma magnitude) na posição circunferencial oposta em torno do furo onde a superfície de ferramenta está pressionando na mesma direção da força na varredura. Desse modo, a direção/força de perfuração relativa atual e direção/força de formação atuais podem ser resolvidas e comparadas a direção/força de perfuração desejada. A diferença é o ajuste que precisa ser feito para a nova direção/força de perfuração.

[0088] Essas comparações e correções são exemplificadas no exemplo da FIG. 4. A direção e a magnitude da tendência de formação assim como a direção de perfuração desejada são fornecidas como variáveis para calcular um vetor resultante. O vetor resultante indica a direção corrigida da face de ferramenta para superar a tendência de formação e atingir a direção de perfuração desejada. Em seguida, os motores de ECM atuam os anéis excêntricos para varrer a superfície da ferramenta para a direção corrigida. De tal modo, a direção de orientação pode ser revista e corrigida para atingir os requisitos de perfuração.

[0089] Esse método de correção pode ser melhor compreendido se analogizado a um nadador que cruza um rio para alcançar um ponto particular na margem oposta. Se a direção e a magnitude da corrente do rio que está movendo o nadador fora do curso podem ser determinadas (comparada à força de formação), medidas corretivas podem ser tomadas pelo nadador para contrariar a corrente (nadando um pouco mais rio acima) e ainda alcançar seu destino desejado no banco oposto.

[0090] Como mencionado acima, a rotação de varrimento da face de ferramenta é preferencialmente feita na direção oposta à direção de rotação de colunas durante a perfuração (no sentido anti-horário ou no sentido horário) de modo a reduzir o tempo necessário para completar a varredura/rotação de 360 graus. A capacidade de motores de ECM e outros motores para girar em ambas as direções (frente e reverso) garante a capacidade de girar a face da ferramenta na direção oposta da rotação da coluna de perfuração.

[0091] Além disso, a rotação da face da ferramenta pode ser realizada enquanto a perfuração está em curso (isto é, sem interromper a perfuração). Por exemplo, o processo pode ser conduzido manualmente por um operador, ou pode ser realizado automaticamente com processamento de computador e software. Com a implementação automática, o processo pode ser conduzido periodicamente, repetidamente ou continuamente à medida que a perfuração prossegue. As etapas de processamento podem ser realizadas no controlador de motor, partilhados ou executados num outro processador tal como a unidade de controle de operador de superfície ou outra unidade de processamento de controle na broca rotativa orientável.

[0092] Um diagrama de fluxo de um processo para corrigir a direção de perfuração é mostrado na FIG. 12. A etapa inicial 900 inclui "Direção de Perfuração Desejada de Pedido de Operador". Essa etapa pode envolver o operador a enviar um sinal do controlador de superfície para a unidade de perfuração orientável rotativa para perfurar numa determinada direção desejada, que pode incluir pedidos azimutal e de ângulo ou deflexão. A etapa 905 "Sinal para motor de ECM com FOC" envolve a recepção de um sinal da unidade de controle Operador ou um aparelho de comunicação na broca giratória orientável para perfurar numa direção particular e/ou para rodar os anéis excêntricos e/ou girar e defletir o eixo de perfuração ou instrução similar com relação à direção de perfuração. Isso pode envolver a utilização de um ou mais, e de preferência dois ECM num dispositivo de perfuração rotativo orientável que estão cada um ligado a um anel excêntrico respectivo e capaz de rodar os anéis excêntricos para conseguir uma desejada deflexão e/ou rotação da superfície de ferramenta. Além disso, os ECMs empregam FOC como parte do seu controle de realimentação no controlador de motor e podem calcular ou determinar de outro modo a libertação de torque de ECM com base em sinais elétricos tais como a entrada de corrente no motor, como descrito anteriormente.

[0093] A próxima etapa 910 "Deflexão de haste" envolve desviar a haste de perfuração para o grau desejado de deflexão. Consequentemente, um ou ambos os ECMs podem acionar os anéis excêntricos para defletir a haste de perfuração no grau desejado. Em particular, as instruções são enviadas pelo respectivo controlador de motor ao rotor de cada ECM para rodar o número específico de vezes necessário para rodar os anéis excêntricos para uma posição desejada para desviar a haste de perfuração para um grau desejado de deflexão. Essa etapa pode ser opcional, uma vez que a haste de perfuração pode já ser defletida para um grau desejado. A próxima etapa 915 é "Conduzir uma rotação completa da face de ferramenta". Essa etapa envolve a rotação de varrimento da superfície de ferramenta uma rotação azimutal completa, quer na mesma direção de rotação que a haste de perfuração ou na direção oposta da haste de perfuração. Consequentemente, os controladores de motor de um ou ambos ECM enviam instruções para rodar os anéis excêntricos em conjunto de modo a varrer a haste de perfuração e a superfície de ferramenta aproximadamente uma volta completa de 360 graus.

[0094] A próxima etapa 920 é "Determinar a magnitude e a direção do(s) pico(s) de torque". Essa etapa ocorre no controlador de motor do ECM(s) ou outro controlador. Em particular, se um motor for requerido para realizar a determinação do torque fornecido por rotação do ECM, o controlador de motor registra o torque durante a rotação de varredura completa da superfície de ferramenta e registra o(s) pico(s) de torque em relação a ambas direção e magnitude. O torque, por exemplo, pode ser calculado pelo controlador de motor com base nos sinais elétricos, tais como a corrente fornecida ao estator ou a outro(s) componente(s) do ECM. Além disso, o controlador de motor de ECM registra ainda o ponto na varredura em que ocorre o pico de torque particular. Além disso, o torque médio da rotação total é calculado e registado pelo controlador do motor ou outra unidade de processamento para comparação e quantificação dos picos de torque correspondentes à direção e à força de perfuração atuais, assim como à direção e magnitude da força de formação/tendência.

[0095] A etapa 925 é "Conduzir cálculo de vetores". Nessa fase, com base nas informações de torque na etapa 920 e na direção de perfuração desejada a partir da etapa 900, o calculo de vetor para superar a tendência de formação é calculado. O controlador de motor ou outra unidade de processamento compara o torque de pico de formação com o torque médio, com a diferença dando a magnitude da tendência de formação. Além disso, o controlador de motor ou outra unidade de processamento recebeu ou guardou nos seus elementos de memória a direção de perfuração desejada, como solicitado pelo operador na etapa 900. Com base na direção e na magnitude da tendência de formação, assim como na direção desejada, o controlador de motor ou outra unidade de processamento calcula o vetor ao qual a face da ferramenta tem de perfurar para ultrapassar a tendência de formação e alcançar a direção de perfuração desejada.

[0096] A etapa 930 é "Corrigir Orientação"em que com base no cálculo de vetor, a direção de perfuração é corrigida para alcançar a direção de perfuração desejada. Em particular, o controlador de motor de uma ou ambas as unidades de ECM emitem instruções para rodar os anéis excêntricos ou a haste de perfuração de acordo com o vetor calculado.

[0097] As etapas da Fig. 12 podem ser conduzidas repetidamente e continuamente. Conforme ilustrado, a etapa 930 pode prosseguir para a etapa 915 para conduzir de novo uma varredura azimutal completa. Além disso, a varredura completa da etapa 915 pode ocorrer durante a perfuração. Em outras palavras, enquanto a haste de perfuração e a broca giram como parte da ação de perfuração típica, a haste de perfuração e a superfície de ferramenta podem ser varridos continuamente pelos anéis excêntricos.

[0098] Enquanto os ECMs são empregados no ilustrado na discussão acima, outros tipos de motores podem ser utilizados, incluindo outros tipos de motores elétricos, ou motores hidráulicos, desde que alguns parâmetros de funcionamento do motor (tais como torque, corrente ou tensão no caso de um motor elétrico e pressão ou vazão no caso de um motor hidráulico) pode ser correlacionada com a direção na qual os picos de arrasto são experimentados durante a varredura de 360 graus da superfície de ferramenta.

[0099] Além disso, a determinação da magnitude e da direção da tendência de formação pode ser determinada ao longo do tempo de modo a planejar a direção corretiva. Por exemplo, as etapas 910 e 920 podem ser conduzidas em pontos diferentes ao longo de um intervalo de tempo, por exemplo t = 0, t = 1, t = 2, t = n ... Com a tendência de formação determinada em cada ponto, a taxa de variação na magnitude ou direção pode ser considerada ao longo do intervalo de tempo específico para prever tendências na tendência de formação para planejar a direção de perfuração ao longo do tempo. Por exemplo, se a tendência de formação está diminuindo ou aumentando, ou a mudar de direção ao longo do tempo, um controlador pode calcular a tendência e prever ou calcular um curso de direção corretivo baseado na taxa de variação nos componentes de vetor da tendência de formação.

[00100] Além disso, embora os anéis excêntricos sejam discutidos acima relativamente à deflexão e rotação da superfície da ferramenta, podem ser utilizados outros acionadores mecânicos capazes de varrer/rodar a face da ferramenta substancialmente num total de 360 graus. Por exemplo, pode ser empregado um motor hidráulico que aplica força na direção longitudinal a um came de manga que tem faixas em espiral, o que faz com que a superfície de ferramenta varra como na etapa 915. Isto pode ser conduzido como descrito acima pela rotação do came de manga de modo que as faixas servem para rodar ambos os anéis com a deflexão desejada. No entanto, para determinar o torque, a pressão ou a taxa de fluxo do motor hidráulico é usada para calcular o torque ou os sensores de torque empregados.

[00101] Alternativamente, podem ser utilizados acionadores de rampa complementares 412, 416 como discutido acima (como mostrado nas FIGS. 15a e 15b). Nestes casos, superfícies de rampa complementares 412, 416 engatam uma na outra, desviando assim o eixo de perfuração. As superfícies de rampa complementares 412, 416 podem engatar para defletir a haste de perfuração substancialmente na varredura de 360 graus como discutido acima. Isto também pode ser utilizado para conduzir a varredura completa da superfície de ferramenta na etapa 830. No entanto, para determinar o torque, a pressão ou a taxa de fluxo do motor hidráulico é convertida ao torque ou os sensores de torque empregados. Em alternativa, em vez de acionadores de rampa, almofadas contendo material fluido ou sólido podem ser usadas, podendo engatar e defletir a haste de perfuração. A força para expansão ou movimento das almofadas para engatar a haste de perfuração podem ser usados para determinar o torque durante uma varredura da superfície de ferramenta.

Compartimento e Detecção do Sensor de Haste

[00102] Embora os exemplos acima sejam discutidos em relação a um dispositivo de perfuração rotativo orientável, as correções de orientação como reveladas neste documento podem ser utilizadas com qualquer tipo de ferramenta de orientação que permita uma varredura de substancialmente 360 graus da superfície de ferramenta e medição da magnitude das forças. Por exemplo, a medição da magnitude da tendência de formação pode ser conduzida indiretamente por utilização de sensores que detectam tensões, momentos de flexão ou forças que são exercidas em torno da circunferência de um componente de uma ferramenta de orientação. As medições, incluindo a direção e magnitude da força lateral, podem então ser usadas para ajustar a broca na direção correta para alcançar a direção de perfuração desejada.

[00103] Em um exemplo, as forças laterais experimentadas na superfície de ferramenta de um dispositivo rotativo orientável são determinadas pela medição da tensão ou momentos de flexão que são exercidos em torno da circunferência do compartimento não rotativo da ferramenta orientável. Conforme referido anteriormente, o dispositivo rotativo orientável tem um compartimento substancialmente não rotativo que dá suporte ao eixo de transmissão através de rolamentos. Consequentemente, sensores podem ser colocados no compartimento para detectar a deflexão da haste de perfuração criada a partir das cargas de reação nos rolamentos. Por exemplo, uma força experimentada durante uma varredura da superfície de ferramenta é transmitida ao longo da haste e ao compartimento através de rolamentos. Os sensores ou medidores podem ser dispostos circunferencialmente em torno do compartimento ou na ou sobre a haste de perfuração. As detecções de sensores podem ser coletadas periodicamente ou continuamente e usadas juntamente com os dados direcionais para determinar a tendência de formação que atua na broca durante a perfuração.

[00104] Um exemplo de um dispositivo orientável rotativo com sensores para medir forças laterais é ilustrado na Fig. 13. É mostrado nesta uma haste de perfuração 24 contida no compartimento 46 através de um conjunto de rolamentos proximais 860 e rolamentos distais 861. A haste de perfuração 24 é fixa em uma extremidade 850 (lado esquerdo da figura) enquanto tem uma força aplicada na outra extremidade 851 (lado direito da figura). Um ou mais sensores 855 são mostrados no compartimento 46 para detectar o grau de deflexão da haste de perfuração 24. Em reação às forças de reação aplicadas a haste de perfuração 24, os rolamentos 860, 861 transferem forças e momentos para o compartimento que os sensores 855 podem medir. Em alternativa, o sensor 855 pode ser montado na haste de perfuração e a força e os momentos medidos diretamente. Medições para determinar forças e momentos incluem direção, tensão ou algum outro método que resolve a uma magnitude e direção.

[00105] Quando nenhuma força é aplicada a haste de perfuração, ou seja, não é acionada nenhuma deflexão, nestes casos os sensores não devem detectar qualquer força para a haste de perfuração. No entanto, para uma haste de perfuração não defletida, se uma força for detectada pelos sensores (por exemplo ilustrada pela seta na extremidade 851 da Fig. 13), então pode deduzir-se que qualquer força detectada é um resultado da força da tendência de formação aplicada a haste de perfuração. Por conseguinte, com o conhecimento da orientação do compartimento, a direção da força medida também pode ser determinada. A orientação do compartimento pode ser detectada pelo aparelho detector de orientação do compartimento 364, que pode incluir resolvedores, sensores de efeito Hall, acelerômetros ou sensores contendo ímãs. Com a magnitude e a direção conhecidas em relação ao compartimento, estes valores podem ser utilizados para calcular o vetor de direção de perfuração para atingir a direção de perfuração desejada como discutido em relação às FIGs. 1-4. Os dados do sensor e as informações requeridas podem ser fornecidas a um controlador ou ao controlador de operação para calcular o vetor e processar uma direção de perfuração corrigida.

[00106] A deflexão da haste de perfuração 24 pode ser ilustrada, por exemplo, nas FIGs. 14A e 14B, que mostram os anéis excêntricos aninhados 156, 158 e a haste de perfuração 24 aninhada nos mesmos. Quando os anéis são orientados de modo que o lado grosso 157 do anel interno 158 é orientado com o lado fino 160 do anel externo 156, a haste de perfuração 24 é centrada em relação ao conjunto. Nesta configuração e sem força externa na haste de perfuração, a carga nos rolamentos é zero. No entanto, quando o lado grosso 157 do anel interno 158 é orientado com o lado grosso 160 do anel externo, a força é máxima e espera-se que seja qualquer força necessária para desviar a haste de perfuração.

[00107] As FIGS. 15A e 15B mostram os anéis excêntricos 156, 158 configurados para deflexão zero e máxima da haste de perfuração respectivamente, correspondendo às posições dos anéis excêntricos nas FIGS. 14A e 14B. Quando não há força externa aplicada a haste de perfuração, ou seja, deflexão zero, então a força para realizar deflexão o eixo de perfuração deve ser a mesma em qualquer direção. No entanto, quando há uma força líquida presente, o torque necessário para girar os anéis excêntricos é compensado pela força lateral aplicada pela formação. A magnitude do torque é calculada a partir da carga sobre os anéis excêntricos e uma vez que se sabe o que é preciso para realizar deflexão da haste de perfuração, a diferença deve ser devida à tendência de formação. Além disso, se a magnitude da força para desviar a haste de perfuração na ausência de uma força lateral não for conhecida, esta pode ser determinada tomando a média das forças durante a rotação azimutal.

[00108] Consequentemente, a haste de perfuração pode ser rodada na direção de 360 graus e a força na haste de perfuração medida pelos sensores no compartimento, transferidos por meio de rolamentos 860, 861 a partir da haste de perfuração ou de sensores diretamente na haste de perfuração ou outra posição que detecta a força na haste de perfuração. O torque máximo ou de pico pode ser tomado em conjunto com a orientação em que ocorreu e o vetor corrigido calculado da maneira discutida em relação às FIGs. 1-4 para alcançar a direção desejada.

[00109] O mesmo conceito pode ser aplicado a outros dispositivos de regulação da direção onde o acionador mecânico é constituído por rampas complementares para desviar a haste de perfuração em vez de anéis excêntricos. Por exemplo, as FIGS. 16A e 16B mostram a deflexão de uma haste de perfuração em um compartimento mas utilizando um sistema de rampa em vez de anéis excêntricos. Nas FIGS. 16A e 16B, são mostradas rampas complementares 412, 416 que são deslocadas uma contra a outra para realizar a deflexão da haste de perfuração. Por exemplo, ao deslocar as rampas 412 na FIG. 16A para a direita, a haste de perfuração 24 realiza deflexão como mostrado na FIG. 16B. Por conseguinte, da FIG. 16A à FIG. 16B, as rampas são movidas para o lado direito, isto é, a direção distal em direção à extremidade da broca de perfuração da coluna de perfuração, desviando assim a haste de perfuração 24. Não ilustrado na FIG. 16A e 16B são dois conjuntos adicionais de rampas a 90 graus entre as rampas 412 e 416, permitindo a deflexão biaxial. Isto permite a deflexão da haste de perfuração e assim também a superfície da ferramenta, em uma rotação de 360 graus. A força exercida sobre os rolamentos é diretamente proporcional à deflexão da haste de perfuração mais as fontes externas, como tendência de formação, semelhante aos anéis excêntricos. A força ou pressão necessária para mover as rampas é uma indicação do vetor de carga resultante.

[00110] Consequentemente, as rampas podem ser acionadas para realizar deflexão da haste de perfuração e rodar a face de superfície de ferramenta através de 360 graus de rotação e registar a orientação onde a força para mover as rampas é maior. Esta é uma indicação da tendência e da magnitude da formação. Novamente a adição do vetor pode ser usada para determinar a direção corrigida da ferramenta.

Detecção de Tendência de Formação de Apontar-a-broca (push the bit)

[00111] Um princípio semelhante também pode estender-se a outras ferramentas ou outros dispositivos de definição de direção de orientação. Por exemplo, em vez de anéis excêntricos ou rampas que realizam deflexão de uma haste de perfuração, um dispositivo de regulação de direção de orientação e/ou um estabilizador podem incluir quatro conjuntos de almofadas expansíveis hidraulicamente que podem ser igualmente espaçados em torno da circunferência do compartimento. Menos ou mais almofadas podem ser espaçadas em torno do compartimento, a partir de 3, 4, 5, 6, 7 ou 8 ou mais conjuntos. Um exemplo simplificado de um conjunto de "empurrar-a-broca"é ilustrado nas FIGS. 17A e 17B, onde estão ilustradas as almofadas hidráulicas 720 acopladas a um compartimento 730 e que se inflam para empurrar contra a formação F. A FIG. 17A mostra as almofadas 720 estendidas de maneira concêntrica na formação F. Nesta configuração, não existe força lateral imposta pela formação e, por conseguinte, as almofadas 720 prolongam-se até contatarem a formação F. Contudo, na medida em que existe uma tendência de formação, o conjunto é empurrado para fora do centro resultando assim na configuração excêntrica. Por exemplo, ilustrado na FIG. 17B, o conjunto é excêntrico em relação à formação F, que impõe uma tendência de formação 700.

[00112] Qualquer tendência de formação exerce uma força sobre uma ou duas almofadas. Consequentemente, uma tendência de formação como ilustrada na Fig. 17B poderia impor uma força representada pelas setas 835 e 740 em duas almofadas inferiores à esquerda da FIG. 18. Além disso, quando uma força externa empurra o conjunto fora do centro, a pressão do fluido na retração das almofadas aumenta pela quantidade proporcional à força aplicada. Os sensores de pressão podem ser colocados em torno das almofadas ou do compartimento 730 para detectar a alteração de pressão. A variação de pressão pode ser proporcionada a um controlador que calcula a força imposta pela tendência de formação com base na pressão sobre as almofadas 720, como mostrado na Fig. 19. Além disso, o controlador pode calcular o vetor com base na força e calcular a direção de superfície de ferramenta corrigida para alcançar a direção de perfuração desejada como discutido relativamente às FIGS. 1-4. O controlador pode estar dentro da ferramenta de "empurrar-a-broca" ou pode ser um controlador de operação na superfície.

Aplicação a outros Motores

[00113] Em outros exemplos, qualquer tipo de sistema ou motor orientável podem ser utilizados de acordo com a descrição apresentada neste documento. Em particular, qualquer sistema ou motor onde o torque ou a direção e a magnitude da tendência de formação podem ser determinadas podem ser utilizados como base para a adição de vetores para calcular uma direção corrigida e implementar a nova direção. Por exemplo, o que é conhecido como "motor de lama" pode ser empregado na operação de perfuração e é bem conhecido na técnica. Os motores de lama compreendem uma bomba de perfuração na superfície que bombeia um fluido de perfuração pressurizado através da coluna de perfuração, também referida como "lama". Em direção a extremidade da coluna de broca próxima a broca estão um estator e um rotor contidos dentro da coluna de perfuração. O fluido de perfuração pressurizado faz rodar o rotor dentro do estator, fazendo assim com que uma haste de perfuração e uma broca de perfuração rodem na extremidade distal. Uma junta universal pode conectar a haste de perfuração e a broca de perfuração à coluna de perfuração e para facilitar a perfuração direcional. Várias ferramentas de orientação podem ser aplicadas em direção a extremidade da coluna de perfuração ou haste de perfuração para apontar a superfície de broca de perfuração. Tais ferramentas incluem, por exemplo, um compartimento curvado que pode ser utilizado para orientar a direção de perfuração. Como discutido acima, um motor pode ser aplicado para varrer a superfície de ferramenta da broca de perfuração em uma varredura de 360 graus para pedir a força e a direção da tendência de formação. Estes valores podem então ser utilizados para calcular o vetor de direção de perfuração para alcançar uma direção de perfuração desejada.

[00114] Consequentemente, vários tipos de sistemas de perfuração podem ser usados para medir a magnitude e direção da tendência de formação e assim usar tal informação como base para calcular uma nova direção de perfuração.

Controladores

[00115] Os ou mais ECMs utilizados para o controle do dispositivo de deflexão 750 incluem um controlador de motor ou controlador para implementar o controle do motor. Cada ECM pode ter um controlador de motor local e/ou pode haver um controlador global que controla diretamente os componentes de ambos os motores ou faz interface com os controladores de motor ECM locais e, consequentemente, recebe e envia dados e instruções para e a partir de qualquer das unidades locais. O controlador global pode estar dentro do dispositivo rotativo orientável 20 e interagir com o controlador de operador de superfície ou o controlador de operador de superfície pode ser o controlador global ou uma série de controladores na superfície e na coluna de perfuração. Os controladores sozinhos ou em conjunto implementam instruções para a rotação do rotor do motor que se comunica com os anéis excêntricos ou outro acionador mecânico para deflexão e rotação da haste.

[00116] Os controladores que implementam os processos de acordo com a presente divulgação podem incluir hardware, firmware e/ou software e podem tomar qualquer uma de uma variedade de fatores de forma. Particularmente, tais unidades de controle deste documento podem incluir pelo menos um processador opcionalmente acoplado diretamente ou indiretamente a elementos de memória através de um barramento de sistema, bem como código de programa para executar e realizar processos descritos neste documento. Um "processador", como utilizado neste documento, é um circuito eletrônico que pode fazer determinações com base em entradas. Um processador pode incluir um microprocessador, um microcontrolador e uma unidade central de processamento, entre outros. Embora um único processador possa ser utilizado, a presente divulgação pode ser implementada sobre uma pluralidade de processadores. Por exemplo, a pluralidade de processadores pode incluir os controladores de motor locais dos ECMs, um controlador global e/ou o controlador de operador de superfície ou um único controlador podem ser empregados. De acordo com isto, para os fins desta divulgação, quando se refere a um controlador de motor, isto inclui o controlador de motor local de um ou ambos ECM ou qualquer outro controlador ou pluralidade de controladores na superfície, na coluna de perfuração ou na broca orientável rotativa. Além disso, os controladores podem também incluir circuitos configurados para executar os processos divulgados neste documento.

[00117] Os elementos de memória podem ser um meio utilizável por computador ou legível por computador para armazenar um código de programa para utilização por ou em conexão com um ou mais computadores ou processadores. O meio pode ser um sistema (ou aparelho ou dispositivo) eletrônico, magnético, óptico, eletromagnético, infravermelho ou semicondutor ou um meio de propagação (embora os meios de propagação em si mesmos como portadores de sinal não estejam incluídos na definição de meio físico legível por computador). Exemplos de um meio físico legível por computador incluem um semicondutor ou memória de estado sólido, fita magnética, um disquete de computador removível, uma memória de acesso aleatório (RAM), uma memória somente leitura (ROM), um disco magnético rígido e um disco óptico. O código de programa pode ser software, que inclui, mas não se limita a, firmware, software residente, microcódigo, um arranjo de portas programável em campo (FPGA) ou circuitos integrados de aplicação especifica (ASIC) e semelhantes. A implementação pode assumir as formas de hardware, software ou elementos de hardware e software. Além disso, os controladores podem ser conectados de forma comunicativa, incluindo, por exemplo, dispositivos de entrada e saída acoplados diretamente ou através de controladores de I/O intervenientes ou incluindo conexões ao estator, rotor, sensores, monitores, dispositivos de comunicação ou outros componentes da unidade orientável rotativa ou do dispositivo de deflexão da haste de perfuração para receber sinais e/ou dados relativos a tais componentes.

Coluna de Perfuração e Dispositivo Orientável Rotativo

[00118] Os conjuntos ou ferramentas divulgados neste documento para determinar a tendência de formação podem ser empregados em um ambiente de poços subterrâneos que está representado esquematicamente na FIG. 20. Um poço 48 é mostrado, tendo sido perfurado na terra 54 a partir da superfície da terra 127 utilizando uma broca de perfuração 22. A broca 22 está localizada na extremidade distal da parte inferior da coluna de perfuração 32 e a broca 22 e a coluna de perfuração 32 são avançadas na terra 54 pela plataforma de perfuração 29. A plataforma de perfuração 29 pode ser suportada diretamente na terra como mostrado ou em uma plataforma intermediária, se estiver no mar. Para fins ilustrativos, a porção superior do poço inclui o tubo de revestimento 34 que é tipicamente pelo menos parcialmente composto por cimento e que define e estabiliza o poço após ter sido perfurado.

[00119] Como mostrado na FIG. 20, a coluna de perfuração 32 suporta vários componentes ao longo do seu comprimento. Uma subunidade de sensor 52 é mostrada para detectar condições próximas a broca 22, condições que podem incluir propriedades como a densidade do fluido formação, temperatura e pressão e a orientação azimutal da broca 22 ou coluna de perfuração 32. No caso de perfuração direcional, os procedimentos de medição durante a perfuração (MWD)/perfilagem durante a perfuração (LWD) são suportados estruturalmente e comunicativamente. O exemplo de perfuração direcional é ilustrado na FIG. 20. A porção de extremidade inferior da coluna de perfuração 32 pode incluir um colar de broca na proximidade da broca de perfuração 22 e um dispositivo de perfuração orientável rotativo 20 ou outros dispositivos divulgados neste documento. A broca 22 pode assumir a forma de uma broca de cone de rolo ou broca de cortador fixo ou qualquer outro tipo de broca conhecida na técnica. A subunidade de sensor 52 está localizada no ou na proximidade do dispositivo de perfuração orientável rotativo 20 e, vantajosamente, detecta a orientação azimutal do dispositivo de perfuração orientável rotativo 20. Outras subunidades de sensor 35, 36 são mostradas dentro da porção revestida do poço que pode ser ativada para detectar características e condições próximas da coluna de perfuração, fluido de formação, tubo de revestimento e formação circundante. Independentemente de quais condições ou características forem detectadas, os dados indicativos destas condições ou características são gravados no fundo do poço, por exemplo, no processador 44 para download posterior ou são comunicados à superfície seja por fio usando os repetidores 37, 39 até o cabo de superfície 72 ou de uma maneira sem fio. Se for sem fio, o transceptor de fundo de poço (antena) 38 pode ser utilizada para enviar dados a um processador local 18, através do transceptor de uma antena de lado superior (antena) 14. Lá, os dados podem ser transformados ou ainda transmitidos ao longo de um processador remoto 12 por meio do fio 16 ou sem fio através das antenas 14 e 10.

[00120] A tubulação enrolada 178 e o cabo wireline 30 podem ser empregados como um serviço independente após a remoção da coluna de perfuração 32. A possibilidade de um modo adicional de comunicação está contemplada utilizando a lama de perfuração 40 que é bombeada através do conduíte 42 para um motor de lama de fundo de poço 76. A lama de perfuração é circulada para baixo através da coluna de perfuração 32 e para cima do espaço anular 33 em torno da coluna de perfuração 32 para arrefecer a broca 22 e remover os detritos do poço 48. Para fins de comunicação, a resistência ao fluxo de entrada de lama pode ser modulada no fundo do poço para enviar pulsos de contrapressão para a superfície para detecção no sensor 74 e a partir do qual os dados representativos são enviados ao longo do canal de comunicação 21 (com ou sem fios a um ou mais processadores 18, 12 para registro e/ou processamento).

[00121] A subunidade de sensor 52 está localizada ao longo da coluna de perfuração 32 acima da broca 22. A subunidade de sensor 36 é mostrada na FIG. 20 posicionada acima do motor de lama 76 que roda a broca de perfuração 22. As sub unidades de sensor adicionais 35, 36 podem ser incluídas como desejado na coluna de perfuração 32. A subunidade 52 posicionada por baixo do motor 76 se comunica com a subunidade 36, a fim de transmitir informações para a superfície 127.

[00122] Uma instalação de superfície 19 é mostrada, enviando e recebendo dados para e a partir do poço. A instalação de superfície 19 pode exemplarmente incluir um processador local 18 que pode se comunicar opcionalmente com um ou mais processadores remotos 12, 17 por fio 16 ou sem fio usando transceptores 10, 14.

[00123] O exemplo de dispositivo de perfuração orientável giratório 20 ilustrado esquematicamente na FIG. 20 também pode ser referido como um dispositivo ou sistema de controle de direção de perfuração. Conforme ilustrado, o dispositivo de perfuração rotativo 20 está posicionado na coluna de perfuração 32 com a broca de perfuração 22. No entanto, aquele versado na técnica reconhecerá que o posicionamento do dispositivo de perfuração orientável rotativo 20 na coluna de perfuração 22 e em relação a outros componentes na coluna de perfuração 22 pode ser modificado enquanto permanece dentro do escopo da presente divulgação.

[00124] Numerosos exemplos são fornecidos neste documento para melhorar a compreensão da presente divulgação. Um conjunto específico de exemplos é fornecido como a seguir. Em um primeiro exemplo, é divulgado um método para causar uma direção de perfuração desejada de uma broca subterrânea direcionável em consideração de uma força de tendência de formação detectada contemporaneamente que atua sobre uma broca de perfuração da broca subterrânea orientável, o método incluindo a detecção, utilizando um dispositivo de configuração de direção de orientação, uma direção e magnitude de uma força de tendência de formação atuando sobre a broca de perfuração da broca subterrânea orientável; e configuração do dispositivo de regulação da direção de orientação simultaneamente para fazer com que a broca de perfuração da broca subterrânea orientável perfure na direção desejada, contrariando a força de tendência da formação com base na direção e magnitude detectadas da força de tendência de formação atuando sobre a broca de perfuração.

[00125] Em um segundo exemplo, é revelado o método de acordo com o primeiro exemplo, em que a magnitude da força de tendência de formação é detectada utilizando um ou mais sensores em um (i) um compartimento de deflexão e (ii) uma haste de perfuração do dispositivo de ajuste de direção de orientação.

[00126] Em um terceiro exemplo, é revelado o método de acordo com o primeiro ou segundo exemplos, incluindo ainda a detecção da magnitude da força de tendência de formação com base na magnitude das forças que atuam sobre um dentre (i) um compartimento de deflexão e (ii) uma haste de perfuração do dispositivo de regulação de direção da orientação.

[00127] Em um quarto exemplo, é revelado o método de acordo com qualquer dos exemplos precedentes, do primeiro ao terceiro, incluindo ainda a detecção da magnitude da força de tendência de formação com base na quantidade de resistência fornecida em um motor comutado eletricamente no dispositivo de configuração de direção de orientação.

[00128] Em um quinto exemplo, o método de acordo com qualquer um dos exemplos precedentes, do primeiro ao quarto, é descrito onde a broca subterrânea orientável é uma broca orientável do tipo "empurrar a broca", tendo uma pluralidade de almofadas extensíveis espaçadas circunferencialmente em torno de um exterior de um compartimento.

[00129] Em um sexto exemplo, é revelado o método de acordo com qualquer dos exemplos precedentes, do primeiro ao quinto, em que o dispositivo de configuração de direção de orientação compreende a pluralidade de almofadas extensíveis.

[00130] Em um sétimo exemplo, é revelado o método de acordo com qualquer dos exemplos precedentes, do primeiro ao sexto, em que a magnitude da tendência de formação é detectada utilizando pelo menos uma da pluralidade de almofadas extensíveis.

[00131] Em um oitavo exemplo, é revelado o método de acordo com qualquer um dos exemplos precedentes, do primeiro ao sétimo, em que o dispositivo de definição de direção de orientação inclui um dispositivo de deflexão de haste de perfuração incluindo uma haste de perfuração rotativamente suportada em um compartimento de haste de perfuração; um conjunto de deflexão de haste de perfuração compreendendo um anel excêntrico externo e um anel excêntrico externo que engata o eixo de perfuração; e um par de motores de condução comutados eletricamente em relação ao compartimento e cada um respectivamente acoplado aos anéis externo e interno para rotação de cada um dos anéis excêntricos em duas direções.

[00132] Em um nono exemplo, é revelado o método de acordo com qualquer dos exemplos precedentes, do primeiro ao oitavo, incluindo ainda a detecção da magnitude da tendência de formação com base na saída de torque em pelo menos um motor comutado eletricamente do dispositivo de configuração de direção de orientação.

[00133] Em um décimo exemplo, é revelado o método de acordo com qualquer um dos exemplos precedentes, do primeiro ao nono, em que o torque é determinado, em um controlador, a partir da corrente fornecida ao pelo menos um motor comutado eletricamente do dispositivo de configuração de direção de orientação.

[00134] Em um décimo primeiro exemplo, é revelado o método de acordo com qualquer dos exemplos precedentes, do primeiro ao décimo, em que a broca subterrânea orientável é uma broca subterrânea orientável rotativa que compreende o dispositivo de configuração de direção de orientação que inclui uma haste de perfuração com a broca em uma extremidade distal da mesma, a referida haste de perfuração rotativamente apoiada em um compartimento, o eixo de perfuração e o compartimento sendo cada um cilíndricos em sua forma e tendo uma linha de centro longitudinal, as linhas de centro longitudinais do eixo de perfuração e do compartimento sendo substancialmente coincidentes quando a haste de perfuração não é defletida dentro do compartimento e não coincidente quando defletida.

[00135] Em um décimo segundo exemplo, é revelado o método de acordo com qualquer dos exemplos precedentes, do primeiro ao décimo primeiro, em que a detecção da magnitude da tendência de formação compreende a deflexão da haste de perfuração de modo que a haste de perfuração se estenda a partir de um compartimento em um ângulo; e a rotação da haste de perfuração através de uma varredura de substancialmente 360 graus na qual a superfície de ferramenta da broca é pressionada contra a periferia circunferencial da parede do furo de poço durante a varredura e em que a tendência de formação é medida em relação à direção da magnitude de pico.

[00136] Em um décimo terceiro exemplo, é revelado o método de acordo com qualquer um dos exemplos precedentes, do primeiro ao décimo segundo, sendo descrito ainda incluindo as etapas que determinam, em um controlador, em dependência da magnitude de pico detectada da tendência de força de formação que atua na broca, uma instrução para uma direção azimutal corrigida da superfície de ferramenta da broca em relação ao compartimento; e emissão, a partir do controlador, da instrução, configurando assim a superfície de ferramenta da broca na direção azimutal corrigida em relação ao compartimento, contrariando assim a força de tendência de formação com base na direção detectada e na magnitude da força de tendência de formação que atua na broca.

[00137] Em um décimo quarto exemplo, é revelado um método para detecção de uma força de tendência de formação que atua sobre uma broca de uma broca subterrânea dirigível rotativa e para reconfiguração contemporânea de uma direção da broca subterrânea orientável rotativa, o método incluindo a deflexão de uma haste de perfuração de um dispositivo de deflexão de haste de perfuração de modo que a haste de perfuração se estende a partir de um compartimento de deflexão do dispositivo de deflexão de haste de perfuração em um ângulo; rotação da haste de perfuração defletida através de uma varredura de substancialmente 360 graus na qual a superfície de ferramenta da broca é pressionada contra a periferia circunferencial da parede de furo de poço durante a varredura e em que a tendência de formação é medida em relação a direção da magnitude de pico; e determinação, em um controlador, da força de tendência de formação que atua sobre a broca com base na magnitude de pico medida.

[00138] Em um décimo quinto exemplo, o método de acordo com o décimo quarto exemplo é descrito ainda incluindo as etapas que determinam, em um controlador, em dependência da tendência de força de formação determinada atuando na broca, uma instrução para uma direção azimutal corrigida da superfície de ferramenta da broca em relação ao compartimento; e emissão, a partir do controlador, da instrução, configurando assim a superfície de ferramenta da broca na direção azimutal corrigida em relação ao compartimento, contrariando assim a força de tendência de formação com base na direção detectada e na magnitude da força de tendência de formação que atua na broca.

[00139] Em um décimo sexto exemplo, é revelado um aparelho de perfuração incluindo uma broca subterrânea orientável com uma broca e um dispositivo de configuração de direção de orientação; um controlador; em que o controlador, em dependência de uma magnitude de pico detectada da tendência de força de formação que atua sobre a broca, transmite uma instrução configurando o dispositivo de configuração de direção de orientação simultaneamente para fazer com que a broca de perfuração da broca subterrânea orientável perfure em uma direção contrária à força de tendência de formação com base na direção e magnitude detectadas da força de tendência de formação que atua sobre a broca.

[00140] Em um décimo primeiro exemplo, é revelado um aparelho de perfuração de acordo com o décimo sexto exemplo, incluindo ainda um ou mais sensores, os um ou mais sensores estando acoplados de forma comunicativa a um dentre (i) um compartimento de deflexão e (ii) uma haste de perfuração do dispositivo de configuração de direção de orientação para detectar a magnitude da força de tendência de formação.

[00141] Em um décimo oitavo exemplo, é revelado um aparelho de perfuração de acordo com o décimo sexto ou décimo sétimo exemplos, em que o dispositivo de configuração de direção de orientação compreende um ou mais motores de acionamento comutados eletricamente que detectam a magnitude da força de tendência de formação baseada na quantidade de corrente fornecida aos um ou mais motores comutados eletricamente.

[00142] Em um décimo nono exemplo, é revelado um aparelho de perfuração de acordo com qualquer um dos exemplos anteriores, do décimo sexto ao décimo oitavo, em que o dispositivo de configuração de direção de orientação compreende uma pluralidade de almofadas extensíveis, pelo menos uma da pluralidade de almofadas extensíveis detectando a magnitude da tendência da formação.

[00143] Em um vigésimo exemplo, o aparelho de perfuração de acordo com qualquer dos exemplos precedentes, do décimo sexto ao décimo oitavo, em que a broca subterrânea orientável é uma broca subterrânea orientável rotativa incluindo o dispositivo de configuração de direção de orientação, a broca subterrânea orientável rotativa incluindo ainda uma haste de perfuração com a broca em uma extremidade distal da mesma, a referida haste de perfuração rotativamente apoiada em um compartimento, o eixo de perfuração e o compartimento sendo cada um cilíndricos em sua forma e tendo uma linha de centro longitudinal, as linhas de centro longitudinais do eixo de perfuração e do compartimento sendo substancialmente coincidentes quando a haste de perfuração não é defletida dentro do compartimento e não coincidente quando defletida.

[00144] Em um primeiro exemplo, é revelado um aparelho de perfuração de acordo com qualquer um dos exemplos precedentes, do décimo sétimo a vigésimo, em que a haste de perfuração realiza deflexão para se estender em um ângulo em relação ao compartimento, a haste de perfuração sendo rotativa por substancialmente uma varredura de 360 graus e em que a broca que inclui uma superfície de ferramenta que é pressionada contra uma periferia circunferencial da parede de furo de poço durante a varredura para medir a magnitude da tendência de formação.

[00145] As modalidades mostradas e descritas acima são apenas exemplos. Muitos detalhes são frequentemente encontrados na técnica, tais como as outras características de um sistema de perfilagem. Portanto, muitos de tais detalhes não são mostrados nem descritos. Muito embora numerosas características e vantagens da presente tecnologia tenham sido estabelecidas na descrição anterior, juntamente com detalhes da estrutura e função da presente divulgação, a divulgação é apenas ilustrativa e mudanças podem ser feitas em detalhes, especialmente em matéria de forma, tamanho e disposição das peças dentro dos princípios da presente divulgação na medida em que indicado pelo significado geral amplo dos termos utilizados nas reivindicações anexas. Será portanto apreciado que as modalidades acima descritas podem ser modificadas dentro do escopo das reivindicações anexas.

Claims

1. Método para produzir uma direção de perfuração desejada de uma broca subterrânea orientável, em consideração de uma força de tendência de formação detectada simultaneamente que age sobre uma broca (22), caracterizado pelo fato de compreender: - detectar, utilizando um dispositivo de configuração de direção de orientação, uma direção e magnitude de um vetor de força vertical de tendência de formação (7) atuando sobre uma broca de perfuração (22), a broca de perfuração (22) estando em uma extremidade de uma haste de perfuração (24) defletida de uma broca de perfuração (22) subterrânea, a coluna de perfuração (25), a haste de perfuração (24) e a broca de perfuração (22) tendo uma primeira direção de rotação durante a perfuração, o vetor de força vertical de tendência de formação (7) sendo gerado por uma pluralidade de camadas compondo uma formação (F) e resultando a partir de um componente vetor de força vertical (8) e um componente vetor de força lateral (6) da pluralidade de camadas, - o dispositivo de configuração de direção de orientação compreendendo um dispositivo de deflexão de haste de perfuração (750) que compreende um motor de acionamento comutado eletricamente (760a, 760b), e a detecção da magnitude do vetor de força vertical de tendência de formação (7) baseada na quantidade de corrente alimentada ao motor comutado eletricamente no dispositivo de configuração de direção de orientação; - determinar o vetor de força vertical de tendência de formação (7) com base no dispositivo de configuração de direção de orientação causando uma varredura rotacional completa da haste de perfuração defletida (24), e a determinação de um torque máximo de pico durante a varredura rotacional completa, sendo que o torque máximo de pico é um torque elevado acima de um torque médio da varredura rotacional completa da broca de perfuração (22), detectado em um ponto sobre outra varredura rotacional completa que a do vetor de direção de perfuração desejado (810); - calcular um vetor de direção de perfuração corrigido (840) suficiente para contra atuar o vetor de força vertical de tendência de formação (7) em um vetor de direção de perfuração desejado (810) predeterminado; e - configurar o dispositivo de configuração de direção de orientação contemporaneamente para fazer com que a broca de perfuração (22) da broca subterrânea orientável perfure na direção desejada, com base no vetor de direção de perfuração corrigido (840), contrariando assim, o vetor de força vertical de tendência de formação (7) atuando sobre a broca de perfuração (22), sendo que a varredura rotacional completa da haste defletida (24) pelo dispositivo de configuração de direção de orientação é em uma direção oposta a primeira direção de rotação.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o dispositivo de configuração de direção de orientação compreender um dispositivo de deflexão (750) da haste de perfuração (24) compreendendo: - uma haste de perfuração (24) suportada rotativamente em um compartimento (46) de haste de perfuração (24); - um conjunto de deflexão (92) de haste de perfuração (24) compreendendo um anel excêntrico externo (760a) e um anel excêntrico interno (760b) que engata a haste de perfuração (24); e - um par de motores de acionamento comutados eletricamente em relação ao compartimento (46) e cada um respectivamente acoplado aos anéis externo (760a) e interno (760b) para rotação de cada um dos anéis excêntricos em duas direções.

3. Método, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de compreender ainda a detecção da magnitude do vetor de força vertical de tendência de formação (7) com base na saída de torque no motor comutado eletricamente do dispositivo de definição de direção de orientação.

4. Método, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de o torque ser determinado, em um controlador (955), a partir da corrente fornecida ao motor comutado eletricamente do dispositivo de configuração de direção de orientação.

5. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a broca subterrânea orientável ser uma broca subterrânea rotativa compreendendo o dispositivo de configuração de direção de orientação, a broca subterrânea orientável rotativa compreendendo ainda: - uma haste de perfuração (24) com a broca de perfuração (22) em uma extremidade distal (28) da mesma, a referida haste de perfuração (24) rotativamente apoiada em um compartimento (46), a haste de perfuração (24) e o compartimento (46) sendo cada um cilíndricos em sua forma e tendo uma linha de centro longitudinal, as linhas de centro longitudinais do eixo de perfuração e do compartimento (46) sendo coincidentes quando a haste de perfuração (24) não é defletida dentro do compartimento (46) e não coincidente quando defletida.

6. Método, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de uma varredura orbital rotacional total compreender a rotação da haste de perfuração defletida (24) através de uma varredura de 360 graus na qual a superfície de ferramenta da broca de perfuração (22) é pressionada contra a periferia circunferencial da parede do furo de poço durante a varredura e sendo que o vetor da tendência de formação (F) é medido em relação à direção da magnitude de pico.

7. Método, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de compreender ainda as etapas de: - determinar, em um controlador (955), em dependência da magnitude de pico detectada do vetor de força vertical de tendência de formação (7) que atua na broca de perfuração (22), uma instrução para uma direção azimutal corrigida da superfície de ferramenta da broca de perfuração (22) em relação ao compartimento (46); e - emitir, a partir do controlador (955), a instrução e configurando assim a superfície de ferramenta da broca de perfuração (22) na direção azimutal corrigida em relação ao compartimento (46), contrariando assim o vetor de força vertical de tendência de formação (7).

8. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o vetor de direção de perfuração corrigido (840) ser determinado pelo vetor adicional do vetor de força vertical de tendência de formação (7) e do vetor de direção de perfuração desejado (810) predeterminado.

9. Método para detectar uma força de tendência de formação, atuando sobre uma broca de perfuração (22) de uma coluna de perfuração (25) tendo uma broca subterrânea orientável rotativa e contemporaneamente reconfigurando uma direção da broca subterrânea orientável rotativa, o método sendo caracterizado pelo fato de compreender: - defletir a haste de perfuração (24) de um dispositivo de deflexão de haste de perfuração (750) de modo que a haste de perfuração (24) se estenda a partir de um compartimento de deflexão do dispositivo de deflexão de haste de perfuração (750) em um ângulo, a deflexão sendo acionado por um motor de acionamento comutado eletricamente; - rotacionar, através do dispositivo de deflexão de haste de perfuração (750), a haste de perfuração (24) defletida através de uma varredura de 360 graus na qual a superfície de ferramenta da broca de perfuração (22) é pressionada contra a periferia circunferencial da parede do furo de poço durante a varredura e sendo que o vetor de força da tendência de formação (7) é determinado com base na direção da magnitude de pico, uma quantidade de corrente alimentada ao motor comutado eletricamente, o vetor de força de tendência de formação (F) sendo gerado por uma forma de uma pluralidade de camadas compondo uma formação (F) e resultando a partir de um componente vetor de força vertical (8) e um componente vetor de força lateral (6) da pluralidade de camadas, sendo que a coluna de perfuração (25), a haste de perfuração (24) e a broca de perfuração (22) têm uma primeira direção de rotação durante a perfuração, e sendo que a varredura rotacional completa da haste de perfuração defletida (24) pelo dispositivo de deflexão da haste de perfuração (750) é em uma direção oposta a primeira direção de rotação; - determinar o vetor de força vertical da tendência da formação (7) com base em uma varredura rotacional completa de uma broca de perfuração (22) e determinar um torque máximo de pico durante a varredura rotacional completa, sendo que o torque máximo de pico é um torque elevado acima de um torque médio da varredura rotacional completa da broca de perfuração (22), detectado em um ponto sobre outra varredura rotacional completa que a do vetor de direção de perfuração desejado (810); - calcular um vetor de direção de perfuração corrigido (840) suficiente para contra atuar o vetor de força vertical de tendência de formação (7) de modo a perfurar em um vetor de direção de perfuração desejado (810) predeterminado; e - configurar o dispositivo de configuração de direção de orientação contemporaneamente para fazer com que a broca de perfuração (22) da broca subterrânea orientável perfure na direção de perfuração desejada, contra atuando assim, a força vertical de tendência de formação (7) atuando sobre a broca de perfuração (22).

10. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de compreender ainda as etapas de: - determinar, em um controlador, em dependência do vetor de força vertical da tendência da formação (7) determinado que atua na broca de perfuração (22), uma instrução para uma direção azimutal corrigida da superfície de ferramenta da broca de perfuração (22) em relação ao compartimento (46); e - emitir, a partir do controlador, a instrução, configurando assim a superfície de ferramenta da broca de perfuração (22) na direção azimutal corrigida em relação ao compartimento (46), contra atuando assim o vetor de força vertical de tendência de formação (7) com base na direção detectada e na magnitude da força da tendência de formação que atua na broca de perfuração (22).

11. Aparelho de perfuração, caracterizado pelo fato de compreender: - uma coluna de perfuração tendo uma broca subterrânea orientável com uma broca de perfuração e um dispositivo de configuração de direção de orientação, o dispositivo de configuração de direção de orientação compreendendo dispositivo de deflexão de haste de perfuração (750) que compreende um motor de acionamento comutado eletricamente (760a, 760b), e a detecção da magnitude do vetor de força vertical de tendência de formação (7) baseada na quantidade de corrente alimentada ao motor comutado eletricamente no dispositivo de configuração de direção de orientação; - um controlador; sendo que o controlador (955), em dependência de uma magnitude de pico detectada do vetor de força vertical da tendência de formação (7) que atua sobre a broca de perfuração (22), a magnitude de pico da força da formação (F) determinada com base em uma varredura rotacional completa de uma broca de perfuração (22), sendo que o torque da magnitude de pico é um torque elevado sobre um torque médio da varredura rotacional completa da broca de perfuração (22), detectado em um ponto sobre outra varredura rotacional completa que a de um vetor de direção de perfuração desejado (810), sendo que a coluna de perfuração (25), a haste de perfuração (24) e a broca de perfuração (22) tendo uma primeira direção de rotação durante a perfuração, e sendo que a varredura rotacional completa da haste de perfuração defletida (24) pelo dispositivo de configuração de direção de orientação é em uma direção oposta a primeira direção de rotação, - calcular um vetor de direção de perfuração corrigido (840) suficiente para contra atuar o vetor de força vertical de tendência de formação (7) em um vetor de direção de perfuração desejado (810) predeterminado; e - transmitir uma instrução configurando o dispositivo de configuração de direção de orientação contemporaneamente para fazer com que a broca de perfuração (22) da broca subterrânea orientável perfure em uma direção contrária ao vetor de força de tendência de formação (F) com base no vetor de direção de perfuração corrigido (840).

12. Aparelho de perfuração, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de a broca subterrânea orientável ser uma broca subterrânea rotativa compreendendo o dispositivo de configuração de direção de orientação, a broca subterrânea orientável rotativa compreendendo ainda: - uma haste de perfuração (24) com a broca de perfuração (22) em uma extremidade distal (28) da mesma, a referida haste de perfuração (24) rotativamente apoiada em um compartimento (46), a haste de perfuração (24) e o compartimento (46) sendo cada um cilíndricos em sua forma e tendo uma linha de centro longitudinal, as linhas de centro longitudinais do eixo de perfuração e do compartimento (46) sendo coincidentes quando a haste de perfuração (24) não é defletida dentro do compartimento (46) e não coincidente quando defletida.

13. Aparelho de perfuração, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de a haste de perfuração (24) realizar deflexão para se estender em um ângulo em relação ao compartimento (46), a haste de perfuração (24) sendo rotativa por uma varredura de 360 graus e sendo que a broca de perfuração (22) que inclui uma superfície de ferramenta que é pressionada contra uma periferia circunferencial da parede de furo de poço durante a varredura para medir a magnitude da tendência de formação (F).