BR112019018569A2 - broca híbrida que inclui elementos de perfuração de terra e percussão para perfurar formações terrestres - Google Patents

Abstract

a presente invenção refere-se a uma broca híbrida que inclui um elemento de perfuração de terra e um elemento de percussão. o elemento de perfuração de terra e o elemento de percussão estão coaxialmente dispostos, com o elemento de perfuração de terra circundando o elemento de percussão. um membro de alternação do elemento de percussão pode oscilar em um modo que permite uma extremidade de fundo do membro de alternação repetidamente projetar de uma extremidade de fundo do elemento de perfuração de terra e ser repetidamente recuado. uma configuração do elemento de perfuração de terra pode permiti-lo perfurar e remover alguns materiais de uma formação terrestre, enquanto o elemento de percussão por permitir a broca híbrida perfurar e remover materiais difíceis de perfurar, incluindo materiais abrasivos com altas forças compressivas, tal como sílex.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para BROCA HÍBRIDA QUE INCLUI ELEMENTOS DE PERFURAÇÃO DE TERRA E PERCUSSÃO PARA PERFURAR FORMAÇÕES TERRESTRES. REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDO RELATIVO [0001] Uma reivindicação para prioridade para a dada de depósito de 7 de março de 2017 do Pedido Provisório U.S. Número 62/468.363, intitulado BROCA HÍBRIDA QUE INCLUI ELEMENTOS DE PERFURAÇÃO DE TERRA E PERCUSSÃO PARA PERFURAR FORMAÇÕES TERRESTRES (o Pedido Provisório '363), é por meio disto feita. A descrição inteira do Pedido Provisório '363 está por meio disto aqui incorporada.

CAMPO DA TÉCNICA [0002] Esta descrição refere-se geralmente a brocas para perfuração em formações terrestre e, mais especificamente, a brocas híbridas para perfurar formações terrestre. Mais especificamente, esta descrição refere-se a brocas híbridas que incluem elementos de perfuração de terra e percussão integrados e, ainda mais especificamente, a brocas que incluem uma broca de perfuração de terra e um elemento de percussão que estão integrados um com o outro. Métodos para formar furos de poço (por exemplo, poços de petróleo, poços de gás, etc.) em formações terrestres são também descritos.

TÉCNICA RELACIONADA [0003] As brocas de perfuração de terra são comumente utilizadas para perfurar em uma variedade de formações terrestre. Enquanto perfurando através de algumas formações (por exemplo, formações de calcário, etc.), materiais mais duros, mais difíceis de perfurar (por exemplo, materiais abrasivos, materiais com altas forças compressivas, etc.), tal como sílex, podem ser encontrados. De modo a continuar a perfurar através de tais materiais difíceis de perfurar, elementos de

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2/16 martelamento, os quais são também conhecidos como elementos de percussão, podem ser requeridos.

[0004] Se um material difícil de perfurar for encontrado com um conjunto de fundo de poço (BHA) que não possui um elemento de martelamento, a coluna de perfuração deve ser removida do furo de poço, ou poço, de modo que o elemento de martelamento possa ser incorporado no BHA. Uma vez que o elemento de martelamento é introduzido no furo de poço, a perfuração pode continuar.

[0005] Convencionalmente, elementos de martelamento pneumáticos (isto é, acionados a ar), os quais são também são referidos na técnica como brocas de fundo do poço (DTH), têm sido utilizados para auxiliar em romper materiais difíceis de perfurar. Os elementos de martelamento pneumáticos funcionam como martelos no fundo ou extremidade de um furo de poço. Quando a utilização do DTH está completa, estas devem ser removidas do furo de poço, então um BHA que inclui uma broca pode ser reintroduzido no furo de poço. A remoção repetida de uma coluna de perfuração do furo de poço e substituição da coluna de perfuração no furo de poço pode consumir indesejavelmente um tempo de perfuração valioso.

[0006] Mais recentemente, elementos de martelamento hidráulicos foram desenvolvidos. Tipicamente, uma broca de perfuração está presa na extremidade de fundo do elemento de martelamento hidráulico. O elemento de martelamento induz uma oscilação axial na broca de perfuração de terra, fazendo com que a pressão e força com as quais esta acopla a formação na extremidade ou fundo de furo de poço oscilem, o que pode sujeitar uma broca de perfuração de terra a forças para as quais a broca de perfuração não está projetada. A utilização de brocas de perfuração de terra convencionais com elementos de martelamento podem fazer com que as brocas de perfuração de terra falhem prematuramente.

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DESCRIÇÃO [0007] Em um aspecto, uma broca híbrida de acordo com esta descrição inclui um elemento de percussão e um elemento de perfuração de terra que estão integrados um com o outro. O elemento de percussão de tal broca híbrida pode também ser aqui referido como um elemento de martelamento ou com uma broca de percussão. O elemento de perfuração de terra de uma broca híbrida de acordo com esta descrição pode também ser referido como uma broca de perfuração de terra. Além do elemento de percussão e do elemento de perfuração de terra, uma broca híbrida de acordo com esta descrição inclui um conector.

[0008] O elemento de percussão e o elemento de perfuração de terra podem estar coaxialmente dispostos, com o elemento de perfuração de terra circundando o elemento de percussão. As posições axiais relativas do elemento de perfuração de terra e do elemento de percussão podem ser fixas. Em algumas modalidades, uma porção superior do elemento de perfuração de terra e uma porção superior do elemento de percussão e, mais especificamente, uma porção superior de um membro fixo do elemento de percussão podem ser presas uma na outra. Uma porção inferior do elemento de percussão, que inclui um membro de alternação que circunda uma porção inferior do membro fixo do elemento de percussão, pode estar localizada dentro de uma garganta na porção inferior do elemento de perfuração de terra e, assim, circundada por, mas não presa na porção inferior do elemento de perfuração de terra. Tal disposição pode permitir que o membro de alternação oscile, ou mova para cima e para baixo ou para trás e para frente, dependendo da orientação da broca híbrida, axialmente dentro da garganta do elemento de perfuração de terra.

[0009] Uma extremidade de fundo, ou uma superfície de fundo, do elemento de percussão está exposta e em uma extremidade de fundo

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4/16 do elemento de perfuração de terra. Como o elemento de percussão oscila ao longo do eixo geométrico, ou comprimento, do elemento de perfuração de terra e da broca híbrida, a extremidade de fundo do elemento de percussão cicia através de movimento para diferentes localizações em relação à extremidade de fundo do elemento de perfuração de terra. Assim, a localização da extremidade de fundo do elemento de percussão em relação à extremidade de fundo do elemento de perfuração de terra pode variar dependendo da posição do membro de alternação do elemento de percussão ao longo da porção inferior do membro fixo do elemento de percussão e, assim, da posição do membro de alternação em relação à porção inferior do elemento de perfuração de terra. Enquanto o membro de alternação está na sua posição mais baixa ao longo do comprimento da porção inferior do membro fixo, a extremidade de fundo do elemento de percussão projeta da extremidade de fundo do elemento de perfuração de terra. Quando o membro de alternação está na sua posição mais alta ao longo do comprimento da porção inferior do membro fixo, a extremidade de fundo do elemento de percussão pode estar rebaixada em relação à extremidade de fundo do elemento de perfuração de terra, substancialmente no plano ou plano com a extremidade de fundo do elemento de perfuração de terra, ou projetar ligeiramente da extremidade de fundo do elemento de perfuração de terra.

[0010] A extremidade de fundo do elemento de percussão pode ter uma configuração que a permite contatar e acoplar, ou interfacear com, uma formação terrestre no fundo ou extremidade de um furo de poço. Além disso, uma configuração do elemento de percussão pode permitilo suportar as forças que resultam de oscilação de seu membro de alternação, incluindo o modo no qual a extremidade de fundo do elemento de percussão interage com o fundo ou extremidade do furo de poço durante tal oscilação (por exemplo, vibração, mudanças repetidas

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5/16 da força aplicada pela extremidade de fundo do elemento de percussão no fundo ou extremidade do furo de poço, impactos repetidos contra a formação terrestre, etc.). Em algumas modalidades, uma configuração do elemento de percussão pode permitir a extremidade de fundo do membro de alternação aplicar forças de oscilação geradas pela oscilação do membro de alternação fundo ou extremidade do furo de poço enquanto o elemento de perfuração de terra aplica poucas ou nenhuma das forças de oscilação no fundo ou extremidade do furo de poço.

[0011] Conforme a extremidade de fundo do elemento de percussão de uma broca híbrida absorve as forças induzidas por oscilação do membro de alternação do elemento de percussão, este pode também melhorar o contato entre o fundo do furo de poço e o elemento de perfuração de terra da broca híbrida. O modo no qual o elemento de percussão e o elemento de perfuração de terra estão dispostos pode permitir o membro de alternação do elemento de percussão oscilar enquanto limitando a oscilação do elemento de perfuração de terra; isto é, o grau no qual o elemento de perfuração de terra oscila, ou seu comprimento de curso, é menor do que o grau no qual o membro de alternação oscila, permitindo o elemento de perfuração de terra funcionar como uma broca de perfuração de terra convencional ao invés de um martelo.

[0012] Em outras modalidades de broca híbridas de acordo com esta descrição, o elemento de perfuração de terra pode estar preso no membro de alternação do elemento de percussão. Em tais modalidades, oscilação do membro de alternação causa uma oscilação igual do elemento de perfuração de terra.

[0013] Em outro aspecto, métodos para perfurar formações terrestres de acordo com esta descrição incluem a utilização de uma broca híbrida, nos quais pelo menos parte da perfuração é executada

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6/16 pelo elemento de perfuração de terra da broca híbrida e pelo menos parte da perfuração ocorre com o elemento de percussão da broca híbrida. Tal método pode incluir introduzir uma coluna de perfuração em uma formação terrestre, com uma broca híbrida que inclui um elemento de percussão coaxialmente circundado por um elemento de perfuração de terra em um fundo da coluna de perfuração. O elemento de perfuração de terra pode ser utilizado para perfurar dentro da formação terrestre sob um peso sobre broca (WOB) adequado. O membro de alternação do elemento de percussão da broca híbrida pode oscilar axialmente para repetidamente levantar o WOB, o que pode introduzir vibrações no fundo ou extremidade do furo de poço, ou mesmo fazer com que o membro de alternação repetidamente impacte o fundo ou extremidade do furo de poço. A operação do elemento de perfuração de terra e do elemento de percussão em concerto um com o outro pode permitir que estes elementos eficientemente perfurem através de uma variedade de diferentes tipos de materiais na formação terrestre, sem requerer que a coluna de perfuração seja removida do furo de poço para otimização do BHA quando novos tipos de materiais são encontrados.

[0014] Em algumas modalidades, o elemento de perfuração de terra e o elemento de percussão podem operar ao mesmo tempo. Em outras modalidades, o elemento de perfuração de terra pode operar continuamente, enquanto o elemento de percussão pode operar seletivamente (por exemplo, quando da aplicação de pelo menos uma pressão hidráulica limite (por exemplo, de fluido de perfuração, ou lama, etc.) dentro do elemento de percussão, pela aplicação de pelo menos uma força limite (por exemplo, WOB, etc.) no elemento de percussão, etc.). Em ainda outras modalidades, o elemento de percussão pode operar enquanto a operação do elemento de perfuração de terra pode ser seletivamente controlada (por exemplo, pela rotação da broca

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7/16 híbrida, aplicando um WOB, etc.). Em modalidades onde a operação do elemento de percussão e, opcionalmente, do elemento de perfuração de terra são seletivamente controladas, uma vez que a utilização do elemento de percussão (com ou sem o elemento de perfuração de terra) permite a broca híbrida passar através de uma localização especificamente difícil na formação terrestre (por exemplo, através de sílex, etc.), a utilização do elemento de percussão pode ser terminada, e o elemento de perfuração de terra pode novamente ser utilizado para perfurar dentro da formação terrestre. Similarmente, se o elemento de percussão for desgastado ou danificado, sua utilização pode ser terminada e a utilização do elemento de perfuração de terra pode continuar ou reiniciar.

[0015] Outros aspectos do assunto descrito, assim como características e vantagens de vários aspectos do assunto descrito, ficarão aparentes para aqueles versados na técnica da descrição seguinte, dos desenhos acompanhantes, e das reivindicações anexas. BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [0016] Figuras 1 e 2 proveem representações em seção transversal de uma broca híbrida de acordo com esta descrição, apresentando uma modalidade de uma disposição entre um elemento de percussão da broca híbrida e um elemento de perfuração de terra da broca híbrida;

[0017] Figuras 3 e 4 são vistas em perspectiva de fundo de uma modalidade de broca híbrida de acordo com esta descrição;

[0018] Figura 5 é uma vista de fundo da modalidade de broca híbrida mostradas nas Figuras 3 e 4;

[0019] Figura 6 é uma vista em perspectiva de fundo de outra modalidade de broca híbrida de acordo com esta descrição; e [0020] Figura 7 é uma vista de fundo da modalidade de broca híbrida mostrada na Figura 6.

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DESCRIÇÃO DETALHADA [0021] Com referência à Figura 1, uma representação em seção transversal da broca híbrida 10 de acordo com esta descrição está apresentada. A broca híbrida 10 inclui um elemento de perfuração de terra 20 e um elemento de percussão 40. O elemento de perfuração de terra 20 e o elemento de percussão 40 estão coaxialmente dispostos, com uma garganta 23 do elemento de perfuração de terra 20 recebendo o elemento de percussão 40. Em sua extremidade de topo 11, a broca híbrida 10 também inclui um conector 15.

[0022] O elemento de perfuração de terra 20 pode estar configurado similarmente a uma broca de testemunhagem, com uma garganta relativamente larga 23 localizada axialmente e definindo um interior do elemento de perfuração de terra 20. A garganta 23 tem um diâmetro que a permite receber o elemento de percussão 40.

[0023] No seu exterior 25, o elemento de perfuração de terra 20 pode ter uma configuração que assemelha aquela de uma broca de perfuração de terra. Como apresentado, o elemento de perfuração de terra 20 está configurado como uma assim denominada broca de arraste ou broca PDC, com seu exterior 25 incluindo uma pluralidade de lâminas que projetam um tanto radialmente 26 com bolsos (não mostrados) que carregam cortadores compactos de diamante policristalino (PDC) 28, e fendas de sucata 30 entre lâminas adjacentes 26. As lâminas 26 definem um calibre do elemento de perfuração de terra 20 e uma coroa 34 no fundo do elemento de perfuração de terra 20. Além disso, tal elemento de perfuração de terra 20 pode incluir cursos de fluido internos (não mostrados) e bocais 32 que comunicam fluido de perfuração, ou lama, para o exterior 25 do elemento de perfuração de terra 20. As características do elemento de perfuração de terra 20, incluindo as características sobre seu exterior 25, podem ser selecionadas e dispostas em qualquer modo adequado, e sua seleção

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9/16 e disposição, juntamente com outras características do elemento de perfuração de terra 20, podem ser otimizadas para utilização com a formação terrestre específica ou tipo de formação terrestre que deve ser perfurada. Como uma alternativa a incluir as características de uma broca de arraste, o elemento de perfuração de terra 20 pode ter a configuração de uma broca impregnada com diamante, a configuração de um híbrido de uma broca de arraste e uma broca impregnada com diamante (por exemplo, FuseTech™, KYMERA® da Baker Hughes Incorporated, etc.), ou a configuração de uma broca de cone de rolobroca de arraste híbrida.

[0024] A garganta 23 do elemento de perfuração de terra 20 pode incluir um ou mais rebaixos 24 que estão longitudinalmente orientados, e os quais podem definir canais entre a garganta 23 e o elemento de percussão 40 que facilitam o fluxo de fluido de perfuração entre o elemento de perfuração de terra 20 e o elemento de percussão 40. O fluxo de fluido de perfuração através dos rebaixos 24 pode permitir a lubrificação, resfriamento, e/ou limpeza do elemento de percussão 40 e/ou do elemento de perfuração de terra 20.

[0025] O elemento de percussão 40 pode compreender elemento de percussão hidráulico (por exemplo, um elemento de percussão que opera conforme lama, ou fluido de perfuração, flui através do mesmo, etc.) ou um elemento de percussão pneumático (isto é, um martelo de ar) que pode ser utilizado como parte de um conjunto de fundo de poço de uma coluna de perfuração. Como um exemplo específico, mas não limitante, o elemento de percussão 40 compreende um elemento de percussão hidráulico, o qual pode estar configurado similarmente à ferramenta de perfuração FluidHammer® disponível da National Oilwell Varco (NOV) de Houston, Texas.

[0026] Mais especificamente, o elemento de percussão 40 pode incluir um membro fixo 45 e um membro de alternação 50. O membro

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10/16 fixo 45 pode incluir uma porção superior 46 que está presa em, ou pode mesmo ser integral com, uma porção superior 21 do elemento de perfuração de terra 20. O membro de alternação 50 é capaz de mover longitudinalmente sobre uma porção de fundo 47 do elemento fixo 45 e longitudinalmente através da garganta 23 do elemento de perfuração de terra 20.

[0027] A Figura 1 apresenta o membro de alternação 50 do elemento de percussão 40 em uma posição totalmente recuada, na qual a extremidade de fundo 56 do membro de alternação 50 e, assim, do elemento de percussão 40 está no plano com uma superfície de fundo 36 da coroa 34 do elemento de perfuração de terra 20 da broca híbrida

10. Alternativamente, a extremidade de fundo 56 do elemento de percussão 40 pode ser ligeiramente rebaixada em relação à superfície de fundo 36 da coroa 34 do elemento de perfuração de terra 20 ou esta pode projetar ligeiramente da superfície de fundo 36 da coroa 34 do elemento de perfuração de terra 20 quando o membro de alternação 50 está na sua posição totalmente recuada.

[0028] Na Figura 2, o membro de alternação 50 do elemento de percussão 40 está mostrado em uma posição totalmente estendida, na qual a extremidade de fundo 56 do elemento de percussão 40 projeta além da superfície de fundo 36 da coroa 34 do elemento de perfuração de terra 20. A distância que o membro de alternação totalmente estendido 50 e sua extremidade de fundo 56 projetam além da superfície de fundo 36 da coroa 34 do elemento de perfuração de terra 20 corresponde ao comprimento de curso do membro de alternação 50. Qualquer do comprimento de curso do membro de alternação 50, da força de percussão que a extremidade de fundo 56 do membro de alternação 50 exerce sobre uma formação terrestre no fundo ou extremidade de um furo de poço, e/ou a frequência com a qual o membro de alternação 50 oscila, ou cicia para trás e para frente, podem

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11/16 ser modelados para qualquer de uma variedade de propósitos. Estes podem incluir, mas não estão limitados a, utilização do elemento de percussão 40 com um certo tipo e/ou configuração do elemento de perfuração de terra 20, o modo no qual a broca híbrida 10 é utilizada (por exemplo, perfuração vertical, perfuração direcional, etc.), e o tipo de formação terrestre que está sendo perfurado (por exemplo, os materiais que serão encontrados durante a perfuração, as condições que são encontradas durante a perfuração, etc.).

[0029] Em modalidades de brocas híbridas 10 onde o elemento de percussão 40 compreende um elemento de percussão hidráulico, o fluxo de fluido de perfuração através da coluna de perfuração pode ser dividido entre o elemento de percussão 40 e o elemento de perfuração de terra 20. É claro, o fluxo de fluido de perfuração para o elemento de percussão 40 (por exemplo, aproximadamente 680 l/min (aproximadamente 180 gpm (galões por minuto)), aproximadamente 760 l/min (aproximadamente 200 gpm), etc.) pode ser suficiente para acionar o elemento de percussão 40 (isto é, capaz de alcançar e/ou exceder uma pressão de martelamento limite), ou fazer com que o elemento de percussão 40 opere como pretendido, enquanto o fluxo de fluido de perfuração para dentro e através do elemento de perfuração de terra 20 pode ser suficiente para lubrificar, resfriar, e/ou limpar o elemento de perfuração de terra 20 e, opcionalmente, o elemento de percussão 40.

[0030] O fluxo de fluido de perfuração suficiente para dentro do elemento de percussão 40 pode sozinho ser suficiente para o elemento de percussão 40 operar (isto é, para o membro de alternação 50 oscilar). Alternativamente, a operação do elemento de percussão 40 pode ser ainda dependente quando da colocação da extremidade de fundo 56 do elemento de percussão 40 em contato com o fundo ou extremidade de um furo de poço e, opcionalmente, quando da colocação de pelo menos

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12/16 um peso limite (por exemplo, WOB) sobre o elemento de percussão 40 e seu membro de alternação 50.

[0031] O conector 15 pode permitir que a broca híbrida 10 seja conectada a uma coluna de perfuração como parte de um BHA da coluna de perfuração ou como o BHA da coluna de perfuração. O conector 15 pode compreender um conector roscado padrão API (American Petroleum Institute) com um tamanho que corresponde a um tamanho (isto e, diâmetro) da broca híbrida 10 e, assim, de seu elemento de perfuração de terra 20.

[0032] Observando agora às Figuras 3-7, modalidades não limitantes de brocas híbridas 10' e 10 de acordo com esta descrição estão ilustradas.

[0033] A broca híbrida 10' mostrada nas Figuras 3-5 inclui um elemento de perfuração de terra do tipo de arraste 20' com seis (6) lâminas 26, cada uma das quais carrega uma pluralidade de cortadores 28, os quais podem compreender cortadores PDC. Além disso, uma superfície de calibre 27 de cada lâmina 26 pode carregar protetores de calibre 29, cortadores de calibre (não mostrados), e/ou um bloco de calibre (não mostrada). A área rebaixada entre cada par adjacente de lâminas 26 compreende uma fenda de sucata 30. Algumas das fendas de sucata 30 incluem bocais 32, os quais podem direcionar o fluido de perfuração de cursos de fluido dentro de um corpo do elemento de perfuração de terra 20' em uma direção e em uma pressão que varrerá pedaços e outros detritos da coroa 34 do elemento de perfuração de terra 20', permitindo-o cortar dentro de uma formação terrestre eficientemente enquanto impedindo a erosão abrasiva do elemento de perfuração de terra 20' e suas características e componentes.

[0034] O elemento de percussão 40' da broca híbrida 10' inclui um membro de alternação 50' que pode oscilar dentro de uma garganta 23 do elemento de perfuração de terra 20'. O membro de alternação 50'

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13/16 inclui uma extremidade de fundo 56' que inclui insertos de botão 58, ou insertos de carbureto de tungstênio. Os insertos de botão 58 podem compreender insertos de botão cônicos e/ou insertos de botão de talhadeira. Os insertos de botão cônicos 58 podem moer materiais que são abrasivos e materiais com altas resistências compressivas. Os insertos de botão de talhadeira 58 pode moer e cortar materiais que são abrasivos e materiais com alta resistência compressiva. Além disso, bocais 62 podem direcionar o fluxo de fluido de perfuração de dentro do membro de alternação 50' por sobre sua extremidade de fundo 56'.

[0035] Uma superfície periférica 52' do membro de alternação 50' do elemento de percussão 40' pode incluir rebaixos 54' que estão orientados longitudinalmente ao longo da superfície periférica 52'. Os rebaixos 54' podem, juntamente com a garganta 23, a qual define uma superfície interna do elemento de perfuração de terra 22, definir canais entre a garganta 23 e a superfície periférica 52' do elemento de percussão 40'. Os rebaixos 54' e os canais que são parcialmente definidos por meio destes podem facilitar o fluxo de fluido de perfuração entre o elemento de perfuração de terra 20 e o elemento de percussão

40. O fluxo de fluido de perfuração através dos rebaixos 54' pode permitir lubrificação, resfriamento, e/ou limpeza do elemento de percussão 40' e/ou do elemento de perfuração de terra 20'.

[0036] A modalidade da broca híbrida 10 ilustrada pelas Figuras 6 e 7 inclui um elemento de perfuração de terra 20 com características e componentes que são os mesmos que aqueles do elemento de perfuração de terra 20' da broca híbrida 10 mostrada nas Figuras 3-5. Além disso, como o elemento de percussão 40' da broca híbrida 10' mostrada nas Figuras 3-5, o elemento de percussão 40 da broca híbrida 10 mostrada nas Figuras 6 e 7 inclui um membro de alternação 50 com uma extremidade de fundo 56 que carrega insertos de botão 58 e uma superfície periférica 52 ao longo da qual rebaixos de definição

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14/16 de canal, longitudinalmente orientados 54 estendem. No lugar de bocais 62 (Figuras 3-5), no entanto, um par de extensões de lâmina 66 projeta da extremidade de fundo 56. As extensões de lâmina 66 sobre a extremidade de fundo do membro de alternação 50do elemento de percussão 40 podem estar alinhadas com um par correspondente de lâminas 26 do elemento de perfuração de terra 22 e, portanto, podem guiar o fluido de perfuração ejetado por bocais 32 que são adjacentes a estas lâminas 26 por sobre a extremidade de fundo 56 para lubrificar, resfriar, e/ou limpar a extremidade de fundo 56. Cada extensão de lâmina 66 pode também carregar um ou mais cortadores 28.

[0037] Em uso, uma broca híbrida 10, 10', 10, etc., de acordo com esta descrição pode ser montada no fundo de uma coluna de perfuração. A broca híbrida 10, 10', 10, etc., pode ser utilizada com outras ferramentas de fundo de poço, incluindo um motor e outros componentes de um BHA.

[0038] Com referência retornada às Figuras 1 e 2, a broca híbrida 10 de acordo com esta descrição pode ser utilizado em uma perfuração vertical, assim como com ferramentas de perfuração direcional tools. Tal broca híbrida 10 pode definir ou ser introduzida em um furo de poço em um modo conhecido na técnica.

[0039] A rotação da broca híbrida 10 pode permitir que o seu elemento de perfuração de terra 20 funcione como uma broca de perfuração de terra convencional (por exemplo, como uma broca de arraste, etc.). Quando o elemento de percussão 40 opera ao mesmo tempo que o elemento de perfuração de terra 20 gira, uma configuração da broca híbrida 10 pode permitir que o elemento de percussão 40 aplique forças, incluindo forças percussivas contra o fundo ou extremidade do furo de poço, sem fazer com que o elemento de perfuração de terra 20 aplique tais forças no fundo ou extremidade do furo de poço.

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15/16 [0040] A broca híbrida 10 pode ser girada enquanto estar define o furo de poço ou conforme esta é introduzida em um furo de poço existente. Quando a broca híbrida 10 encontra um material que o elemento de perfuração de terra 20 não pode eficientemente ou efetivamente perfurar (por exemplo, um material abrasivo, um material com uma alta resistência compressiva, etc.), tal como sílex, o elemento de percussão 40 pode permitir que a broca híbrida 10 continue a perfurar dentro de uma formação terrestre sem requerer a remoção da coluna de perfuração do furo de poço.

[0041] Em algumas modalidades, a operação do elemento de perfuração de terra 20 e/ou do elemento de percussão 40 pode ser seletivamente controlada. A rotação do elemento de perfuração de terra 20 e WOB pode ser controlada em um modo conhecido na técnica. Em modalidades onde o elemento de percussão 40 compreende um elemento de percussão hidráulico, sua operação pode ser controlada controlando a pressão hidráulica gerada pelo fluido de perfuração dentro do elemento de percussão 40 e/ou controlando a força (por exemplo WOB) aplicada na extremidade de fundo 56 do membro de alternação 50 do elemento de percussão 40 conforme a extremidade de fundo 56 contata o fundo ou extremidade do furo de poço.

[0042] Como um exemplo de seletivamente controlar a operação do elemento de perfuração de terra 20 e/ou do elemento de percussão 40 de uma broca híbrida 10, a broca híbrida 10 pode ser girada para permitir que o elemento de perfuração de terra 20 perfure dentro de uma formação terrestre. A rotação da broca híbrida 10 pode fazer com que o elemento de perfuração de terra 20 perfure dentro e remova material de uma formação terrestre pode ocorrer com ou sem a operação do elemento de percussão 40. Quando a broca híbrida 10 encontra um material que seu elemento de perfuração de terra 20 não eficientemente ou efetivamente perfurar, se o elemento de percussão 40 não estava

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16/16 anteriormente operando, sua operação pode ser iniciada. Se o elemento de percussão 40 estava operando antes de encontrar o material difícil de perfurar, sua operação pode ser continuada. A rotação da broca híbrida 10 pode continuar, ou esta pode ser descontinuada conforme a broca híbrida 10 estende o furo de poço para dentro do material difícil de perfurar. Uma vez que a broca híbrida 10 estendeu o furo de poço através do material difícil de perfurar, a operação do elemento de percussão 40 pode, em algumas modalidades ser terminada. Alternativamente, o elemento de percussão 40 pode continuar a operar. Se a broca híbrida 10 não foi girada enquanto a broca híbrida 10 estendeu o furo de poço através do b material difícil de perfurar, sua rotação pode ser reiniciada, uma vez que esta novamente atinge um material que esta possa efetivamente remover.

[0043] Quando a utilização da broca híbrida 10 está completa, esta pode ser retirada do furo de poço.

[0044] Apesar da descrição acima apresentar muitas especificidades, estas não devem ser consideradas como limitando o escopo de qualquer uma das reivindicações, mas meramente como provendo ilustrações de algumas modalidades e variações de elementos ou características do assunto apresentado. Outras modalidades do assunto apresentado podem ser concebidas as quais não afastam do espírito ou escopo de qualquer uma das reivindicações. Características de diferentes modalidades podem ser empregadas em combinação. Consequentemente, o escopo de cada reivindicação está limitado somente pela sua linguagem simples e seus equivalentes legais.

Claims (15)

1. REIVINDICAÇÕES

   1. Broca híbrida para perfurar um furo de poço em uma formação terrestre, caracterizada pelo fato de compreender:

   um conector para prender um restante da broca híbrida a uma extremidade de fundo de um conjunto de fundo de poço sobre uma coluna de perfuração;

   um elemento de percussão que inclui um membro fixo com uma porção superior presa no lugar em relação ao conector e membro de alternação com uma extremidade de fundo capaz de interfacear com a fundo ou uma extremidade do furo de poço durante a perfuração, o membro de alternação capaz de um movimento longitudinal para trás e para frente ao longo do membro fixo;

   um elemento de perfuração de terra preso na porção superior do membro fixo do elemento de percussão, o elemento de perfuração de terra circundando pelo menos uma porção do membro de alternação do elemento de percussão em uma disposição coaxial, a extremidade de fundo do membro de alternação do elemento de percussão sendo exposta em uma extremidade de fundo do elemento de perfuração de terra.
2. 2. Broca híbrida de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a extremidade de fundo do membro de alternação do elemento de percussão é capaz de ser posicionada no plano com a extremidade de fundo do elemento de perfuração de terra.
3. 3. Broca híbrida de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que a extremidade de fundo do membro de alternação do elemento de percussão é capaz de projetar além da extremidade de fundo do elemento de perfuração de terra.
4. 4. Broca híbrida de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizada pelo fato de que o elemento de perfuração de terra está configurado como uma broca de arraste.

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5. 5. Broca híbrida de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizada pelo fato de que o elemento de percussão compreende um elemento de percussão hidráulico.
6. 6. Broca híbrida de acordo com a reivindicação 5, caracterizada pelo fato de que é capaz de dividir um fluxo de fluido de perfuração entre o elemento de percussão hidráulico e o elemento de perfuração de terra.
7. 7. Broca híbrida de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizada pelo fato de que o elemento de percussão compreende um elemento de percussão pneumático.
8. 8. Broca híbrida de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizada pelo fato de que o elemento de percussão é capaz de induzir o movimento longitudinal para trás e para frente do membro de alternação sem induzir o movimento longitudinal para trás e para frente no elemento de perfuração de terra.
9. 9. Broca híbrida de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizada pelo fato de que a extremidade de fundo do membro de alternação do elemento de percussão é capaz de repetidamente projetar além da extremidade de fundo do elemento de perfuração de terra durante o movimento longitudinal para trás e para frente do membro de alternação do elemento de percussão.
10. 10. Método para perfurar um furo de poço em uma formação terrestre com uma broca híbrida como definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de compreender:

    introduzir uma coluna de perfuração na formação terrestre, um elemento de percussão da broca híbrida coaxialmente circundado por um elemento de perfuração de terra em um fundo da coluna de perfuração;

    perfurar na formação terrestre com o elemento de perfuração de terra enquanto um peso aceitável sobre a broca permite o elemento

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    3/3 de perfuração de terra operar em uma taxa de penetração desejável; e sem remover a coluna de perfuração da formação terrestre, utilizar o elemento de percussão para facilitar perfurar adicionalmente dentro da formação terrestre.
11. 11. Método de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que utilizar o elemento de percussão compreende fazer com que uma extremidade de fundo de um membro de alternação do elemento de percussão repetidamente projete além de uma extremidade de fundo do elemento de perfuração de terra enquanto utilizando o elemento de percussão.
12. 12. Método de acordo com a reivindicação 10 ou 11, caracterizado pelo fato de que utilizar o elemento de percussão inclui utilizar o elemento de percussão sem fazer com que o elemento de perfuração de terra perfure adicionalmente dentro da formação terrestre.
13. 13. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 a 12, caracterizado pelo fato de que utilizar o elemento de percussão inclui utilizar o elemento de percussão enquanto o elemento de perfuração de terra continua a perfurar dentro da formação terrestre.
14. 14. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 a 13, caracterizado pelo fato de ainda compreender:

    após utilizar o elemento de percussão, perfurar adicionalmente dentro da formação terrestre com o elemento de perfuração de terra.
15. 15. Método de acordo com a reivindicação 14, caracterizada pelo fato de que a extremidade de fundo do elemento de percussão está no plano com ou rebaixada em relação a uma extremidade de fundo do elemento de perfuração de terra enquanto perfurando adicionalmente dentro da formação terrestre.