BR112019026950B1 - ROTARY VALVE, SYSTEM FOR DIRECTING A DRILL DRILL WITH A ROTARY VALVE, AND, METHOD FOR MAINTAINING ENGAGEMENT BETWEEN SURFACES IN A ROTARY VALVE - Google Patents

ROTARY VALVE, SYSTEM FOR DIRECTING A DRILL DRILL WITH A ROTARY VALVE, AND, METHOD FOR MAINTAINING ENGAGEMENT BETWEEN SURFACES IN A ROTARY VALVE Download PDF

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BR112019026950B1
BR112019026950B1 BR112019026950-9A BR112019026950A BR112019026950B1 BR 112019026950 B1 BR112019026950 B1 BR 112019026950B1 BR 112019026950 A BR112019026950 A BR 112019026950A BR 112019026950 B1 BR112019026950 B1 BR 112019026950B1
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BR112019026950-9A
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Inventor
Larry Chambers
Neelesh Deolalikar
Original Assignee
Halliburton Energy Services, Inc
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Abstract

Uma válvula rotativa pode incluir uma sede e um atuador rotativo, cada um com uma superfície, o atuador rotativo montado rotativamente em um alojamento. As superfícies podem formar uma vedação devido ao engate com uma força de engate usada para manter o engate. Um dispositivo de desvio pode elevar a pressão em um volume vedado na válvula a um nível constante acima de uma pressão externa. A pressão elevada pode produzir um diferencial de pressão através do atuador rotativo, produzindo assim pelo menos uma porção da força de engate. Outro dispositivo de desvio pode atuar entre um cubo estriado e um eixo estriado acoplado, aplicando, desse modo, pelo menos uma porção da força de engate através do eixo ao atuador rotativo. O fluido que flui através de uma tela pode criar uma queda de pressão, causando um diferencial de pressão através do atuador rotativo e aplicando pelo menos uma porção da força de engate nas superfícies.A rotary valve may include a seat and a rotary actuator, each with a surface, the rotary actuator rotatably mounted in a housing. The surfaces may form a seal due to engagement with an engagement force used to maintain engagement. A bypass device can raise the pressure in a volume sealed in the valve to a constant level above an external pressure. The elevated pressure can produce a pressure differential across the rotary actuator, thereby producing at least a portion of the engagement force. Another deflection device may act between a splined hub and a coupled splined shaft, thereby applying at least a portion of the engagement force through the shaft to the rotary actuator. Fluid flowing through a screen can create a pressure drop, causing a pressure differential across the rotary actuator and applying at least a portion of the engagement force to the surfaces.

Description

CAMPO TÉCNICOTECHNICAL FIELD

[001] A presente divulgação se refere geralmente a equipamentos de campos de petróleo e, em particular, a ferramentas de fundo de poço, sistemas de perfuração e relacionados e aumentando a resistência à degradação de ferramentas de fundo de poço devido à corrosão, erosão e outras formas de degradação, como degradação química, dissolução, etc. Mais particularmente ainda, a presente divulgação se refere a métodos e sistemas para proteger o material à base de diamante de fraturamento devido aos impactos durante a instalação e operação, em que o material à base de diamante é usado para reduzir a taxa de degradação da ferramenta de fundo de poço e/ou componentes da ferramenta de fundo de poço.[001] The present disclosure relates generally to oil field equipment and in particular to downhole tools, drilling systems and related and increasing resistance to degradation of downhole tools due to corrosion, erosion and other forms of degradation such as chemical degradation, dissolution, etc. More particularly, the present disclosure relates to methods and systems for protecting diamond-based material from fracturing due to impacts during installation and operation, wherein the diamond-based material is used to reduce the rate of degradation of the tool. downhole tool components and/or downhole tool components.

FUNDAMENTOSFUNDAMENTALS

[002] A perfuração de furos de poço em uma formação subterrânea geralmente requer o controle de uma trajetória da broca de perfuração, à medida que o furo de poço é estendido através da formação. O controle de trajetória pode ser usado para direcionar a broca de perfuração para perfurar porções verticais, inclinadas, horizontais e laterais de um furo de poço. Em geral, o controle de trajetória pode direcionar a broca de perfuração para dentro e/ou através de zonas de produção para facilitar a produção de fluidos de formação, direcionar a broca de perfuração para perfurar uma porção de um furo de poço que é paralela a outro furo de poço para tratamento ou assistência à produção, direcionar a broca de perfuração para interceptar um furo de poço existente, bem como muitas outras configurações de furo de poço. Uma válvula pode ser usada para ativar seletivamente atuadores, direcionando assim a broca de perfuração, mas a válvula pode ser altamente suscetível à degradação devido ao fluxo de fluidos abrasivos através da válvula, ambiente cáustico, agentes erosivos/corrosivos e vários outros modos de degradação. Essas válvulas podem ser fabricadas com um material com dureza aumentada e menor taxa de degradação, mas materiais desse tipo, como materiais à base de diamante, podem ser mais quebradiços e danificados por impactos durante a operação e/ou instalação.[002] Drilling wellholes in an underground formation generally requires controlling a trajectory of the drill bit as the wellbore is extended through the formation. Trajectory control can be used to direct the drill bit to drill vertical, inclined, horizontal, and lateral portions of a wellbore. In general, trajectory control can direct the drill bit into and/or through production zones to facilitate the production of formation fluids, direct the drill bit to drill a portion of a wellbore that is parallel to another wellbore for treatment or production assistance, directing the drill bit to intercept an existing wellbore, as well as many other wellbore configurations. A valve can be used to selectively activate actuators, thereby directing the drill bit, but the valve can be highly susceptible to degradation due to the flow of abrasive fluids through the valve, caustic environment, erosive/corrosive agents, and various other modes of degradation. These valves can be manufactured with a material with increased hardness and a lower rate of degradation, but materials of this type, such as diamond-based materials, can be more brittle and damaged by impacts during operation and/or installation.

[003] Portanto, será prontamente compreendido que melhorias nas técnicas de proteção de componentes contra danos devido a impactos e outros eventos são continuamente necessárias.[003] Therefore, it will be readily understood that improvements in techniques for protecting components against damage due to impacts and other events are continually necessary.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOSBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

[004] Várias modalidades da presente divulgação serão compreendidas mais plenamente a partir da descrição detalhada dada a seguir e a partir das figuras em anexo de várias modalidades da divulgação. Nas figuras, os números de referência semelhantes podem indicar elementos idênticos ou funcionalmente semelhantes. As modalidades são descritas em detalhes a seguir com referência às figuras anexas, nas quais: FIG. 1 é uma vista em seção transversal parcial representativa de um sistema de poço terrestre incluindo uma ferramenta de fundo de poço ilustrada como parte de uma coluna de tubulação de acordo com um exemplo de modalidade da divulgação; FIG. 2 é uma vista em seção transversal parcial representativa de um sistema de poço com base marítima com uma ou mais ferramentas de fundo de poço, de acordo com exemplos de modalidade(s) da divulgação; FIG. 3A-3B são vistas em seção transversal representativas de modalidades exemplares da ferramenta de fundo de poço da FIG. 1 com um motor/gerador acionado por turbina para controlar uma válvula rotativa; FIG. 4 é uma vista em perspectiva representativa dos componentes da válvula rotativa da FIG. 3 ilustrando uma vista explodida de uma sede da válvula de exemplo e atuador rotativo; As FIGS. 5A-5D são vistas em perspectiva representativas da sede da válvula e do atuador rotativo da FIG. 4 com o atuador rotativo girado para várias posições em relação à sede da válvula, com o fluxo de fluido resultante através da válvula rotativa, indicado por setas de fluxo para cada posição de rotação; FIG. 6 é uma representação esquemática de um circuito hidráulico que utiliza a válvula rotativa da FIG. 4 para acionar seletivamente uma pluralidade de pistões em uma ferramenta de fundo de poço. FIG. 7 é uma vista em perspectiva representativa de um cubo estriado e eixo estriado acoplado para acionar o atuador rotativo da válvula rotativa; FIG. 8 é uma vista em seção transversal representativa de outra modalidade exemplar da ferramenta de fundo de poço das FIGS. 3A-3B com um dispositivo de polarização usado para influenciar o atuador rotativo para engatar na sede da válvula; FIG. 9 é uma vista em seção transversal representativa de outra modalidade exemplar da ferramenta de fundo de poço das FIGS. 3A-3B com um diferencial de pressão usado para inclinar o atuador rotativo para engatar na sede da válvula; FIG. 10A é um diagrama funcional representativo de uma vedação que iguala a pressão através da vedação quando a vedação está na superfície e impede a comunicação de fluido além da vedação; FIG. 10B é um diagrama funcional representativo da vedação com um dispositivo de desvio que mantém um diferencial de pressão constante através da vedação quando a vedação está na superfície e impede a comunicação de fluido após a vedação; FIG. 11A é um diagrama funcional representativo de uma vedação que iguala a pressão através da vedação quando a vedação está no fundo do poço e impede a comunicação de fluido além da vedação; FIG. 11B é um diagrama funcional representativo da vedação com um dispositivo de desvio que mantém um diferencial de pressão constante através da vedação quando a vedação está no fundo do poço e impede a comunicação de fluido além da vedação.[004] Various embodiments of the present disclosure will be understood more fully from the detailed description given below and from the attached figures of various embodiments of the disclosure. In the figures, similar reference numbers may indicate identical or functionally similar elements. Embodiments are described in detail below with reference to the accompanying figures, in which: FIG. 1 is a representative partial cross-sectional view of an earth well system including a downhole tool illustrated as part of a tubing string in accordance with an example embodiment of the disclosure; FIG. 2 is a representative partial cross-sectional view of a marine-based well system with one or more downhole tools, in accordance with exemplary embodiment(s) of the disclosure; FIG. 3A-3B are representative cross-sectional views of exemplary embodiments of the downhole tool of FIG. 1 with a turbine-driven motor/generator to control a rotary valve; FIG. 4 is a representative perspective view of the components of the rotary valve of FIG. 3 illustrating an exploded view of an example valve seat and rotary actuator; FIGS. 5A-5D are representative perspective views of the valve seat and rotary actuator of FIG. 4 with the rotary actuator rotated to various positions relative to the valve seat, with the resulting fluid flow through the rotary valve indicated by flow arrows for each rotational position; FIG. 6 is a schematic representation of a hydraulic circuit utilizing the rotary valve of FIG. 4 for selectively actuating a plurality of pistons in a downhole tool. FIG. 7 is a representative perspective view of a splined hub and splined shaft coupled to drive the rotary actuator of the rotary valve; FIG. 8 is a representative cross-sectional view of another exemplary embodiment of the downhole tool of FIGS. 3A-3B with a biasing device used to influence the rotary actuator to engage the valve seat; FIG. 9 is a representative cross-sectional view of another exemplary embodiment of the downhole tool of FIGS. 3A-3B with a pressure differential used to tilt the rotary actuator to engage the valve seat; FIG. 10A is a representative functional diagram of a seal that equalizes pressure across the seal when the seal is at the surface and prevents fluid communication beyond the seal; FIG. 10B is a representative functional diagram of the seal with a bypass device that maintains a constant pressure differential across the seal when the seal is at the surface and prevents fluid communication after sealing; FIG. 11A is a representative functional diagram of a seal that equalizes pressure across the seal when the seal is at the bottom of the well and prevents fluid communication beyond the seal; FIG. 11B is a representative functional diagram of the seal with a bypass device that maintains a constant pressure differential across the seal when the seal is bottomed out and prevents fluid communication beyond the seal.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA DIVULGAÇÃODETAILED DESCRIPTION OF THE DISCLOSURE

[005] A divulgação pode repetir números e/ou letras de referência nos vários exemplos ou Figuras. Essa repetição é para fins de simplicidade e clareza e não dita, por si só, uma relação entre as várias modalidades e/ou configurações discutidas. Além disso, os termos relativos a espaço, tais como embaixo, abaixo, inferior, acima, superior, topo de poço, fundo de poço, a montante, a jusante, e semelhantes podem ser usados neste documento para facilitar a descrição para descrever um elemento ou relação do recurso com outro(s) elemento(s) ou recurso(s), tal como ilustrado, o sentido ascendente sendo aquele em direção ao topo da figura correspondente e o sentido descendente sendo aquele em direção ao fundo da figura correspondente, a direção de topo de poço sendo aquela em direção à superfície do poço, a direção de fundo de poço sendo aquela em direção ao pé do furo de poço. A não ser que de outra forma declarado, os termos relativos a espaço são destinados a englobar diferentes orientações do aparelho ou operação em uso, além da orientação representada nas figuras. Por exemplo, se um aparelho nas Figuras estiver virado, os elementos descritos como estando “abaixo” ou “embaixo” de outros elementos ou características estariam, então, orientados “acima” dos outros elementos ou características. Assim, o termo exemplificativo “abaixo” pode abranger tanto uma orientação acima ou abaixo. O aparelho pode ser orientado de outra forma (girado 90 graus ou em outras orientações) e os descritores relativos a espaço usados neste documento podem ser interpretados da mesma forma.[005] The disclosure may repeat reference numbers and/or letters in the various examples or Figures. This repetition is for simplicity and clarity and does not, in itself, dictate a relationship between the various modalities and/or configurations discussed. In addition, space-related terms such as below, below, bottom, above, top, top of well, bottom of well, upstream, downstream, and the like may be used herein to facilitate description to describe an element or relationship of the resource with other element(s) or resource(s), as illustrated, the ascending direction being that towards the top of the corresponding figure and the descending direction being that towards the bottom of the corresponding figure, the wellhead direction being that towards the surface of the wellbore, bottomhole direction being that towards the toe of the wellbore. Unless otherwise stated, space terms are intended to encompass different orientations of the apparatus or operation in use in addition to the orientation depicted in the figures. For example, if an apparatus in the Figures is turned, elements described as being “below” or “below” other elements or features would then be oriented “above” the other elements or features. Thus, the exemplary term “below” can encompass either an above or below orientation. The device may be oriented differently (rotated 90 degrees or in other orientations) and the space-related descriptors used in this document may be interpreted in the same way.

[006] Além disso, mesmo que uma figura possa representar um furo de poço horizontal ou um furo de poço vertical, salvo indicação em contrário, deve ser entendido pelos versados na técnica que o aparelho de acordo com a presente divulgação é igualmente adequado para utilização em furos de poços tendo outras orientações incluindo furos de poços verticais, furos de poços inclinados, furos de poços multilaterais ou semelhantes. Da mesma forma, a menos que indicado de outra forma, mesmo que uma Figura possa representar uma operação terrestre, deverá ser compreendido pelos versados na técnica que o método e/ou sistema, de acordo com a presente divulgação, é igualmente bem adequado para utilização em operações terrestres e vice versa.[006] Furthermore, even though a figure may represent a horizontal wellbore or a vertical wellbore, unless otherwise indicated, it should be understood by those skilled in the art that the apparatus according to the present disclosure is equally suitable for use in well holes having other orientations including vertical well holes, inclined well holes, multilateral well holes or the like. Likewise, unless otherwise indicated, even though a Figure may represent a land operation, it should be understood by those skilled in the art that the method and/or system, in accordance with the present disclosure, is equally well suited for use in land operations and vice versa.

[007] Tal como aqui utilizado, as palavras “compreende”, “tem”, “inclui” e variações gramaticais das mesmas se destinam cada uma delas a ter um significado aberto, não limitativo, que não exclui elementos ou etapas adicionais. Quando composições e os métodos são descritos em termos de “compreendendo,” “contendo,” ou “incluindo” diversos componentes ou etapas, as composições e métodos também podem “consistir essencialmente em” ou “consistir em” os diversos componentes e etapas. Também deve ser entendido que, tal como aqui utilizado, “primeiro”, “segundo” e “terceiro”, são atribuídos arbitrariamente e são meramente destinados a diferenciar entre dois ou mais objetos, etc. , conforme o caso, e não indicam qualquer sequência. Além disso, deve ser entendido que a mera utilização da palavra “primeiro” não exige que haja nenhum “segundo” e a mera utilização da palavra “segundo” não exige que haja nenhum “primeiro” ou “terceiro”, etc.[007] As used herein, the words “comprises”, “has”, “includes” and grammatical variations thereof are each intended to have an open, non-limiting meaning that does not exclude additional elements or steps. When compositions and methods are described in terms of “comprising,” “containing,” or “including” various components or steps, the compositions and methods may also “consist essentially of” or “consist of” the various components and steps. It should also be understood that, as used herein, “first”, “second” and “third”, are assigned arbitrarily and are merely intended to differentiate between two or more objects, etc. , as appropriate, and do not indicate any sequence. Furthermore, it must be understood that the mere use of the word “first” does not require that there be any “second” and the mere use of the word “second” does not require that there be any “first” or “third”, etc.

[008] Conforme usado neste documento, o termo “degradação” e todas as suas variantes gramaticais (por exemplo, “degradar”, “degradável”, “degradante”, “dissolver”, dissolver”, “dissolvível”, “corroer”, “corroer”, “corrosão”, “erosão”, “erosão” e semelhantes) se referem à deterioração da integridade de um objeto (ou componente) feita de um material sólido, reduzindo a massa do objeto sólido por pelo menos uma de uma fricção deslizante entre o objeto sólido e outros objetos sólidos, um fluido abrasivo que flui contra partes do objeto sólido, uma degradação hidrolítica, reações químicas (incluindo reações eletroquímicas e galvânicas), reações térmicas ou reações induzidas por radiação que podem degradar o objeto sólido. Em alguns casos, a degradação do material pode ser suficiente para que as propriedades mecânicas do material do objeto sólido sejam reduzidas a um ponto em que o material não mantenha mais sua integridade e, em essência, faça com que o objeto sólido não execute mais a sua finalidade.[008] As used in this document, the term “degradation” and all its grammatical variants (e.g., “degrade”, “degradable”, “degrading”, “dissolve”, dissolve”, “dissolvable”, “erode”, “erode”, “corrosion”, “erosion”, “erosion” and the like) refer to the deterioration of the integrity of an object (or component) made of a solid material, reducing the mass of the solid object by at least one friction sliding between the solid object and other solid objects, an abrasive fluid that flows against parts of the solid object, a hydrolytic degradation, chemical reactions (including electrochemical and galvanic reactions), thermal reactions, or radiation-induced reactions that may degrade the solid object. In some cases, material degradation may be sufficient for the solid object's material mechanical properties to be reduced to a point where the material no longer maintains its integrity and, in essence, causes the solid object to no longer perform its function. its purpose.

[009] Os termos nas reivindicações têm seu significado simples e comum, a menos que definido de outra maneira explícita e claramente pelo titular da patente. Além disso, os artigos indefinidos “um” ou “uma”, como usados nas reivindicações, são definidos neste documento para significar um ou mais que um do elemento que eles introduzem. Se existir qualquer conflito nos usos de uma palavra ou termo neste relatório descritivo e em uma ou mais patentes ou outros documentos que possam ser incorporados no presente documento a título de referência, as definições que forem consistentes com este relatório descritivo devem ser adotadas.[009] The terms in the claims have their simple and common meaning, unless otherwise explicitly and clearly defined by the patent holder. Furthermore, the indefinite articles “a” or “an”, as used in the claims, are defined herein to mean one or more than one of the element they introduce. If there is any conflict in the uses of a word or term in this specification and in one or more patents or other documents that may be incorporated herein by reference, definitions that are consistent with this specification shall be adopted.

[0010] Geralmente, esta divulgação fornece uma válvula rotativa que pode incluir um alojamento e um coletor com múltiplos caminhos de fluxo, onde o coletor é montado no alojamento. Um atuador rotativo com uma primeira superfície pode ser montado de forma rotativa dentro do alojamento e uma sede da válvula com uma segunda superfície pode ser fixa ou de outra forma acoplada ao coletor, onde a segunda superfície pode engatar de forma vedante a primeira superfície para formar uma vedação. Deve-se entender que a primeira e a segunda superfícies são definidas como sendo as superfícies que se encaixam quando o atuador rotativo engata na sede da válvula. As superfícies de vedação podem ser fixas rotativamente ao respectivo atuador rotativo e sede da válvula, mas não precisam ser anexadas de maneira fixa a nenhuma superfície. Como usado aqui, o atuador rotativo compreende a primeira superfície de engate, se um componente com a primeira superfície de engate está conectado ao atuador rotativo ou não. O componente com a primeira superfície de engate pode ser fixo rotativamente ao atuador rotativo, mas não é necessário que o componente com a primeira superfície de engate seja anexado fixamente ao atuador rotativo. Como aqui utilizado, a sede da válvula compreende a segunda superfície de engate, independentemente de um componente com a segunda superfície de engate estar conectado à sede da válvula ou não. O componente com a segunda superfície de engate pode ser fixo rotativamente à sede da válvula, mas não é necessário que o componente com a segunda superfície de engate seja anexado fixamente à sede da válvula. Conforme usado neste documento, as “primeira e segunda” superfícies de engate são superfícies que formam uma vedação entre o atuador rotativo e a sede da válvula. O atuador rotativo pode incluir uma folga que se alinha seletivamente com as respectivas das portas da sede da válvula, à medida que o atuador rotativo gira em relação à sede da válvula, pressurizando seletivamente um ou mais atuadores. Um sistema e método também são fornecidos, os quais podem incluir uma válvula rotativa que seletivamente faz com que as almofadas se estendam a uma orientação predeterminada no furo de poço para direcionar uma broca de perfuração. A orientação azimutal de um atuador rotativo da válvula pode determinar quais almofadas são estendidas e quais são retraídas à medida que a broca de perfuração gira. O sistema e o método fornecem várias configurações para criar uma força de desvio para manter o engate entre o atuador rotativo e a sede da válvula.[0010] Generally, this disclosure provides a rotary valve that may include a housing and a manifold with multiple flow paths, where the manifold is mounted to the housing. A rotary actuator with a first surface may be rotatably mounted within the housing and a valve seat with a second surface may be fixed or otherwise coupled to the manifold, where the second surface may sealingly engage the first surface to form a fence. It should be understood that the first and second surfaces are defined as the surfaces that engage when the rotary actuator engages the valve seat. The sealing surfaces may be rotatably attached to the respective rotary actuator and valve seat, but need not be fixedly attached to any surface. As used herein, the rotary actuator comprises the first engagement surface, whether a component with the first engagement surface is connected to the rotary actuator or not. The component with the first engaging surface may be rotatably attached to the rotary actuator, but it is not necessary for the component with the first engaging surface to be fixedly attached to the rotary actuator. As used herein, the valve seat comprises the second engagement surface, regardless of whether a component with the second engagement surface is connected to the valve seat or not. The component with the second engagement surface may be rotatably attached to the valve seat, but it is not necessary for the component with the second engagement surface to be fixedly attached to the valve seat. As used herein, the “first and second” engagement surfaces are surfaces that form a seal between the rotary actuator and the valve seat. The rotary actuator may include a clearance that selectively aligns with respective valve seat ports as the rotary actuator rotates relative to the valve seat, selectively pressurizing one or more actuators. A system and method are also provided which may include a rotary valve that selectively causes the pads to extend to a predetermined orientation in the wellbore to direct a drill bit. The azimuthal orientation of a rotary valve actuator can determine which pads are extended and which are retracted as the drill bit rotates. The system and method provide various settings for creating a deflection force to maintain engagement between the rotary actuator and the valve seat.

[0011] FIG. 1 mostra uma vista em elevação representativa na seção transversal parcial de um sistema de poço terrestre 10 que pode incluir uma sonda de perfuração 22 (ou torre) na superfície 16 usada para estender uma coluna de tubulação 30 para dentro e através de porções de uma formação de terra subterrânea 14. A coluna de tubulação 30 pode transportar uma broca de perfuração 102 na sua extremidade que pode ser girada para perfurar através da formação 14. Um conjunto de fundo de poço (BHA) 101 interconectado na coluna de tubulação 30 próximo à broca de perfuração 102 pode incluir componentes e conjuntos (não expressamente ilustrados na FIG. 1), tais como, sem limitação, equipamento de perfilagem durante a perfuração (LWD), equipamento de medição durante a perfuração (MWD), um sub ou alojamento dobrado, um motor de lama, um alargador de broca próximo, estabilizadores e outros instrumentos de fundo de poço. O BHA 101 também pode incluir uma ferramenta de fundo de poço 100 que pode fornecer direção para a broca de perfuração 102, telemetria de pulso de lama para suportar as atividades MWD/LWD, atuação do estabilizador através do controle de fluxo de fluido e/ou controle de alargador de broca próximo através do controle de fluxo de fluido. A direção da broca de perfuração 102 pode ser usada para facilitar os desvios 44, como mostrado nas FIGS. 1 e 2, e/ou o direcionamento pode ser usado para manter uma seção em um furo de poço 12 sem desvios, uma vez que o controle de direção também pode ser necessário para evitar desvios no furo de poço 12.[0011] FIG. 1 shows a representative partial cross-sectional elevation view of an onshore well system 10 that may include a surface drilling rig 22 (or derrick) 16 used to extend a string of tubing 30 into and through portions of a formation. of underground earth 14. The tubing string 30 may carry a drill bit 102 at its end that can be rotated to drill through the formation 14. A downhole assembly (BHA) 101 interconnected in the tubing string 30 near the drill bit 102 may include components and assemblies (not expressly illustrated in FIG. 1), such as, without limitation, logging-while-drilling (LWD) equipment, measuring-while-drilling (MWD) equipment, a folded sub or housing, a mud motor, a close drill reamer, stabilizers and other downhole instruments. The BHA 101 may also include a downhole tool 100 that may provide direction for the drill bit 102, mud pulse telemetry to support MWD/LWD activities, stabilizer actuation through fluid flow control and/or close drill reamer control through fluid flow control. The direction of the drill bit 102 can be used to facilitate deviations 44, as shown in FIGS. 1 and 2, and/or steering may be used to maintain a section in a wellbore 12 without deviations, as steering control may also be necessary to prevent deviations in the wellbore 12.

[0012] Na superfície 16, a broca de perfuração 22 pode ser fornecida para facilitar a perfuração do furo de poço 12. A broca de perfuração 22 pode incluir uma plataforma giratória 26 que gira a coluna de tubulação 30 e a broca de perfuração 102 juntas em torno do eixo longitudinal X1. A plataforma giratória 26 pode ser acionada seletivamente por um motor 27 e travada seletivamente para proibir a rotação da coluna de tubulação 30. Um dispositivo de elevação 28 e cabeça injetora 34 podem ser usados para manipular a coluna de tubulação 30 para dentro e fora do furo de poço 12. Para girar a broca de perfuração 102 com a coluna de tubulação 30, a plataforma giratória 26 pode girar a coluna de tubulação 30 e a lama 36 pode ser circulada no fundo do poço pela bomba de lama 23. A lama 36 pode ser uma lama de salmoura de cloreto de cálcio, por exemplo, que pode ser bombeada através da coluna de tubulação 30 e passada através da ferramenta de fundo de poço 100. Em algumas modalidades, a ferramenta de fundo de poço 100 pode ser uma válvula rotativa operável para transmitir pulsos de pressão na lama 36, que pode ser detectada na superfície 16, como será compreendido pelos especialistas na técnica. Em outras modalidades, a ferramenta de fundo de poço 100 pode incluir uma válvula rotativa que aplica seletivamente pressão a vários caminhos de fluxo de saída para controlar vários pistões ou outros componentes acionados hidraulicamente. Além disso, a lama 36 pode ser bombeada através de um motor de lama (não expressamente ilustrado na FIG. 1) no BHA 101 para girar a broca de perfuração 102 sem ter que girar a coluna de tubulação 30 através da plataforma giratória 26.[0012] At surface 16, drill bit 22 may be provided to facilitate drilling of wellbore 12. Drill bit 22 may include a turntable 26 that rotates the tubing string 30 and drill bit 102 together around the longitudinal axis X1. The turntable 26 may be selectively driven by a motor 27 and selectively locked to prohibit rotation of the tubing string 30. A lifting device 28 and injector head 34 may be used to manipulate the tubing string 30 into and out of the hole. wellbore 12. To rotate the drill bit 102 with the pipe string 30, the turntable 26 can rotate the pipe string 30 and the mud 36 can be circulated at the bottom of the well by the mud pump 23. The mud 36 can be a calcium chloride brine slurry, for example, which may be pumped through the tubing string 30 and passed through the downhole tool 100. In some embodiments, the downhole tool 100 may be a rotary valve operable to transmit pressure pulses in mud 36, which can be detected on surface 16, as will be understood by those skilled in the art. In other embodiments, the downhole tool 100 may include a rotary valve that selectively applies pressure to various exit flow paths to control various pistons or other hydraulically driven components. Furthermore, mud 36 may be pumped through a mud motor (not expressly illustrated in FIG. 1) in the BHA 101 to rotate the drill bit 102 without having to rotate the tubing string 30 through the turntable 26.

[0013] A lama 36 pode ser expelida através de aberturas (não mostradas) na broca de perfuração 102 para lubrificar a broca de perfuração 102 e retornada à superfície 16 através de um espaço anular 32 definido entre a coluna de tubulação 30 e a formação de terra 14. Cada um dos componentes (incluindo a ferramenta de fundo de poço 100) que é exposto ao fluxo de lama 36 pode ser suscetível à degradação (por exemplo, desgaste corrosivo e abrasivo). De acordo com as modalidades desta divulgação, as superfícies que são mais propensas a degradação devido à interação com o fluxo da lama de perfuração 36 (ou outros fluidos potencialmente abrasivos) podem ser protegidas por um material de barreira que pode retardar uma taxa de degradação dos componentes, desse modo prolongando a vida da ferramenta de fundo de poço 100. Conforme usado neste documento, “lama 36” ou “lama de perfuração 36” refere-se a um líquido que flui no furo de poço, se ele flui através de uma coluna de perfuração, coluna de tratamento, coluna de trabalho, coluna de trabalho, coluna de produção, anular, etc. Portanto, “lama 36” ou “lama de perfuração 36” pode incluir fluido que flui através de uma coluna de tubulação durante perfuração, tratamento, fraturamento, produção ou outras operações do sistema de poço. A lama de perfuração 36 pode ser usada para fluir através de uma coluna de perfuração, saindo através de uma broca de perfuração e retornando no espaço anular. Além disso, a lama de perfuração pode indicar o fluido fluindo da superfície através de uma coluna de tubulação para operações de tratamento e/ou fraturamento. Portanto, a “lama de perfuração 36” ou a “lama 36” não se limita a um fluido usado para perfuração de poços.[0013] Mud 36 may be expelled through openings (not shown) in the drill bit 102 to lubricate the drill bit 102 and returned to the surface 16 through an annular space 32 defined between the tubing string 30 and the formation of earth 14. Each of the components (including the downhole tool 100) that is exposed to the mud flow 36 may be susceptible to degradation (e.g., corrosive and abrasive wear). According to embodiments of this disclosure, surfaces that are more prone to degradation due to interaction with the flow of drilling mud 36 (or other potentially abrasive fluids) can be protected by a barrier material that can slow a rate of degradation of the materials. components, thereby prolonging the life of the downhole tool 100. As used herein, “mud 36” or “drilling mud 36” refers to a liquid flowing in the wellbore, whether it flows through a drilling string, treatment string, working string, working string, production string, annulus, etc. Therefore, “36 mud” or “36 drilling mud” may include fluid that flows through a string of tubing during drilling, treating, fracturing, production, or other well system operations. Drilling mud 36 can be used to flow through a drill string, exiting through a drill bit and returning in the annular space. Additionally, drilling mud may indicate fluid flowing from the surface through a string of tubing for treating and/or fracturing operations. Therefore, “36 drilling mud” or “36 mud” is not limited to a fluid used for well drilling.

[0014] FIG. 2 mostra uma vista em elevação representativa na seção transversal parcial de um sistema de poço marítimo 10 que pode incluir uma sonda de perfuração 22 (ou torre) montada em uma plataforma semissubmersível 20 que pode flutuar em um corpo de água acima do fundo do mar (ou superfície) 16. O sistema de poço marítimo 10 é mostrado configurado para produzir o fluido de formação. Deve-se entender que o sistema de poço 10 também pode ser usado inicialmente para perfurar o furo de poço 12, bem como executar operações de completação, como operações de tratamento do furo de poço 12, operações de fraturamento e outras operações de produção. Para a configuração de produção, mostrada na FIG. 2, um conjunto de completação 60 pode ser instalado no furo de poço 12. Um conduto submarino 18 pode se estender de um convés 38 da plataforma 20 para uma cabeça de poço submarina 25, incluindo preventores de explosão 24. A plataforma 20 pode ter um dispositivo de elevação 28, uma catarina 29 e uma cabeça injetora 34 para elevar e abaixar as colunas de tubo, como uma coluna de tubulação substancialmente tubular, que se estende axialmente 30, que pode ser referida como uma “coluna de produção” nessa configuração.[0014] FIG. 2 shows a representative partial cross-sectional elevation view of a marine well system 10 that may include a drilling rig 22 (or derrick) mounted on a semisubmersible platform 20 that may float in a body of water above the sea floor ( or surface) 16. Marine well system 10 is shown configured to produce formation fluid. It should be understood that the wellbore system 10 may also be used initially to drill the wellbore 12 as well as perform completion operations such as wellbore 12 treatment operations, fracturing operations, and other production operations. For the production configuration, shown in FIG. 2, a completion assembly 60 may be installed in the wellbore 12. A subsea conduit 18 may extend from a deck 38 of the platform 20 to a subsea wellhead 25, including blowout preventers 24. The platform 20 may have a lifting device 28, a catarina 29 and an injector head 34 for raising and lowering the pipe strings, such as a substantially tubular, axially extending pipe string 30, which may be referred to as a "production column" in this configuration.

[0015] Um furo de poço 12 pode se estender através da formação de terra 14 e pode ter uma coluna de revestimento 40 cimentada nela. O conjunto de completação 60 pode ser posicionado em uma porção substancialmente horizontal do furo de poço 12. O conjunto de completação 60 pode incluir um ou mais conjuntos de tela 48 e vários outros componentes, como um ou mais packers 46, um ou mais centralizadores 50, etc. Além disso, cada conjunto de tela 48 pode incluir uma ou mais ferramentas de fundo de poço 100, que podem ser dispositivos de controle de fluxo para gerenciar o fluxo de fluido para dentro ou para fora da coluna de tubulação 30 através dos conjuntos de tela 48. Todos esses componentes podem estar sujeitos a degradação devido aos materiais abrasivos que podem ser transportados por um fluido que flui através do espaço anular e/ou da coluna de tubulação 30. As ferramentas de fundo de poço 100 (como dispositivos de controle de fluxo) podem ser mais suscetíveis à degradação causada por fluido abrasivo e/ou cáustico, uma vez que as ferramentas 100 podem causar restrições ao fluxo de fluido e redirecionamentos de fluxo. A criação de qualquer impacto aumentado do fluido nas superfícies da ferramenta 100 pode aumentar a degradação da ferramenta 100. A degradação das ferramentas 100 pode ser significativamente reduzida protegendo as superfícies da ferramenta 100 com um material que tem uma resistência aumentada à degradação, tais materiais à base de diamante.[0015] A wellbore 12 may extend through the earth formation 14 and may have a casing string 40 cemented therein. The completion assembly 60 may be positioned in a substantially horizontal portion of the wellbore 12. The completion assembly 60 may include one or more screen assemblies 48 and various other components, such as one or more packers 46, one or more centralizers 50 , etc. Additionally, each screen assembly 48 may include one or more downhole tools 100, which may be flow control devices for managing the flow of fluid into or out of the tubing string 30 through the screen assemblies 48. All of these components may be subject to degradation due to abrasive materials that may be carried by a fluid flowing through the annulus and/or tubing string 30. Downhole tools 100 (such as flow control devices) may be more susceptible to degradation caused by abrasive and/or caustic fluid, as tools 100 may cause fluid flow restrictions and flow redirections. Creating any increased fluid impact on the surfaces of the tool 100 may increase the degradation of the tool 100. The degradation of the tools 100 may be significantly reduced by protecting the surfaces of the tool 100 with a material that has an increased resistance to degradation, such materials to diamond base.

[0016] FIG. 3A mostra um exemplo de uma ferramenta de fundo de poço 100 interconectada na coluna de tubulação 30 que pode ativar seletivamente um ou mais atuadores hidráulicos. A ferramenta de fundo de poço 100 pode incluir uma válvula rotativa 110 com um atuador rotativo 120 que está engatado com uma sede da válvula 130. Uma extremidade 122 do atuador 120 engata na sede da válvula 130 enquanto o atuador 120 é girado em relação à sede da válvula 130 pelo motor 69. O motor 69 pode ser qualquer dispositivo adequado que possa controlar a rotação do atuador rotativo 120, como um motor de lama, motor elétrico, motor de turbina, atuador, etc. A FIG. 3A mostra um motor/gerador acionado por turbina 69 com um eixo de transmissão 68 acoplado ao atuador 120 através de um cubo estriado 104 que é acoplado a um eixo estriado 106. O eixo estriado 106 pode ser fixo à estrutura de suporte 128 na qual a extremidade 122 está montada. Portanto, a rotação do eixo de transmissão 68 pode girar o atuador rotativo 120 em relação à sede da válvula 130.[0016] FIG. 3A shows an example of a downhole tool 100 interconnected in the tubing string 30 that can selectively activate one or more hydraulic actuators. The downhole tool 100 may include a rotary valve 110 with a rotary actuator 120 that is engaged with a valve seat 130. One end 122 of the actuator 120 engages the valve seat 130 while the actuator 120 is rotated relative to the seat. of valve 130 by motor 69. Motor 69 may be any suitable device that can control the rotation of rotary actuator 120, such as a mud motor, electric motor, turbine motor, actuator, etc. FIG. 3A shows a turbine-driven motor/generator 69 with a drive shaft 68 coupled to the actuator 120 through a splined hub 104 which is coupled to a splined shaft 106. The splined shaft 106 may be secured to the support structure 128 on which the end 122 is assembled. Therefore, rotation of the drive shaft 68 can rotate the rotary actuator 120 relative to the valve seat 130.

[0017] O motor 69 pode ser montado dentro de um alojamento da válvula 64 através de suportes 160, com o alojamento da válvula 64 montado dentro do alojamento de ferramenta 56, como mostrado. Isso pode acoplar o motor 69 à sede da válvula 130 através do alojamento da válvula 64, uma vez que um coletor 62 é fixo ao alojamento da válvula 64 e ao alojamento da ferramenta 56. A sede da válvula 130 pode ser anexada de forma fixa ou acoplada ao coletor 62, que pode alinhar permanentemente as portas na sede da válvula 130 com caminhos de fluxo no coletor 62. Portanto, esses elementos (alojamento da ferramenta 56, alojamento da válvula 64, chassi do motor 69, sede da válvula 130 e coletor 62) giram com a broca de perfuração 102. O motor 69 pode girar o eixo de transmissão 68 em relação ao alojamento da válvula 64, desse modo girando o atuador rotativo 120 em relação à sede da válvula 130. Deve-se notar que o atuador rotativo 120 e a sede da válvula 130 são mantidos em engate um com o outro por uma força de engate 97 (FIG. 3B).[0017] The engine 69 may be mounted within a valve housing 64 via brackets 160, with the valve housing 64 mounted within the tool housing 56, as shown. This may couple the engine 69 to the valve seat 130 through the valve housing 64, as a manifold 62 is attached to the valve housing 64 and the tool housing 56. The valve seat 130 may be fixedly attached or coupled to manifold 62, which can permanently align ports in valve seat 130 with flow paths in manifold 62. Therefore, these elements (tool housing 56, valve housing 64, engine chassis 69, valve seat 130, and manifold 62) rotate with the drill bit 102. The motor 69 can rotate the drive shaft 68 relative to the valve housing 64, thereby rotating the rotary actuator 120 relative to the valve seat 130. It should be noted that the actuator rotary 120 and valve seat 130 are held in engagement with each other by an engagement force 97 (FIG. 3B).

[0018] As vedações 162, 166 e o pistão de compensação 164 podem vedar um volume 182 dentro do alojamento da válvula 64 que pode conter óleo limpo 186 para lubrificar as partes móveis da válvula rotativa 110 contidas no volume. O óleo limpo pode ser separado da lama de perfuração 36 pelas vedações 162, 166 e do pistão de compensação 164 para evitar danos aos componentes de acionamento (por exemplo, motor 69, cubo 104, eixo 106) devido à degradação dos elementos na lama de perfuração (por exemplo partículas abrasivas, agentes corrosivos, produtos químicos cáusticos). A vedação 162 pode ser uma vedação estacionária que veda entre o alojamento do motor 69 e o alojamento da válvula 64. O pistão de compensação 164 pode vedar entre o alojamento 64 e o cubo estriado 104 que gira em relação ao alojamento 64. No entanto, o pistão de compensação 164 também pode girar com o cubo estriado 104 enquanto mantém uma vedação com o alojamento da válvula 64 que não gira com o cubo 104. O pistão de compensação 164 também pode fornecer equalização de pressão entre o volume 182 e a lama de perfuração 36, fornecendo comunicação de pressão entre o volume 182 e a lama 36. O pistão de compensação 164 também pode se referir a um pistão de compensação 170 na FIG. 3B. A vedação 166 pode girar com o cubo 104 e o eixo 106 quando o eixo de transmissão 68 gira e pode vedar entre o cubo estriado 104 e o eixo estriado 106. As vedações 162, 166 e o pistão de compensação 164 criam o volume isolado de fluido 182 que pode conter o óleo limpo 186.[0018] Seals 162, 166 and compensating piston 164 may seal a volume 182 within the valve housing 64 that may contain clean oil 186 to lubricate the moving parts of the rotary valve 110 contained in the volume. Clean oil can be separated from drilling mud 36 by seals 162, 166 and compensating piston 164 to prevent damage to drive components (e.g., motor 69, hub 104, shaft 106) due to degradation of the elements in the drilling mud. drilling (e.g. abrasive particles, corrosive agents, caustic chemicals). Seal 162 may be a stationary seal that seals between the motor housing 69 and the valve housing 64. The compensating piston 164 may seal between the housing 64 and the splined hub 104 that rotates relative to the housing 64. However, The compensating piston 164 may also rotate with the splined hub 104 while maintaining a seal with the valve housing 64 that does not rotate with the hub 104. The compensating piston 164 may also provide pressure equalization between the volume 182 and the sludge. perforation 36, providing pressure communication between volume 182 and mud 36. Compensation piston 164 may also refer to a compensation piston 170 in FIG. 3B. Seal 166 can rotate with hub 104 and shaft 106 when drive shaft 68 rotates and can seal between splined hub 104 and splined shaft 106. Seals 162, 166 and compensating piston 164 create the isolated volume of fluid 182 which may contain the clean oil 186.

[0019] O fluxo de fluido 70 da lama 36 pode fluir através de uma turbina 67, fazendo com que a turbina 67 gire. A rotação da turbina 67 pode gerar eletricidade para alimentar um acionamento elétrico para girar o eixo de transmissão 68. A turbina também pode fornecer rotação do eixo de transmissão 68 diretamente e/ou através de várias outras configurações do motor 69 para controlar a válvula rotativa 110. À medida que o eixo de transmissão 68 gira, o cubo estriado 104 acoplado ao eixo estriado 106 transfere o movimento de rotação do eixo de transmissão 68 para o movimento de rotação do atuador rotativo 120. Á medida em que o atuador rotativo 120 gira em relação à sede da válvula 130, uma folga 116 e um recesso 118 alinham-se seletivamente com os caminhos de fluxo 86A, 86B (e 86C ou mais, se aplicável). FIG. 3A mostra a folga 116 alinhada com o caminho de fluxo 86A, que permite que a lama de perfuração pressurizada 36 entre no caminho de fluxo 86A através de uma porta na sede da válvula 130, pressurizando desse modo o atuador # 1 (mostrado como pistão 52A) para estender uma almofada extensível 152A. Um segundo caminho de fluxo 86B pode ser alinhado com o recesso 118 que pode direcionar o fluxo de fluido 76B do caminho de fluxo 86B para ser liberado para o espaço anular 32 (ou outro volume de baixa pressão) através do caminho de fluxo 84 como fluxo de fluido 74, desativando desse modo o atuador # 2 (mostrado como pistão 52B) e retraindo a almofada 152B. À medida que o atuador rotativo 120 gira, a folga 116 pode se alinhar incorretamente do caminho de fluxo 86A e alinhar com o caminho de fluxo 86B, pressurizando assim o pistão 52B para estender a almofada 152B e permitindo que o atuador # 1 (ou pistão 52A) despressurize através do recesso 118 e do caminho de fluxo 84 para o espaço anular 32, retraindo assim a almofada 152A. A ativação seletiva dos pistões 52A, 52B (e 52C ou mais, se aplicável) estende e retrai seletivamente as almofadas 152A, 152B (e 152C ou mais, se aplicável). A operação da válvula rotativa é discutida em mais detalhes com referência às FIGS. 4 e 5A-5D.[0019] Fluid flow 70 from mud 36 may flow through a turbine 67, causing the turbine 67 to rotate. Rotation of the turbine 67 may generate electricity to power an electrical drive to rotate the drive shaft 68. The turbine may also provide rotation of the drive shaft 68 directly and/or through various other configurations of the motor 69 to control the rotary valve 110 As the drive shaft 68 rotates, the splined hub 104 coupled to the splined shaft 106 transfers the rotational motion of the drive shaft 68 to the rotational motion of the rotary actuator 120. As the rotary actuator 120 rotates in In relation to the valve seat 130, a clearance 116 and a recess 118 selectively align with flow paths 86A, 86B (and 86C or more, if applicable). FIG. 3A shows clearance 116 aligned with flow path 86A, which allows pressurized drilling mud 36 to enter flow path 86A through a port in valve seat 130, thereby pressurizing actuator #1 (shown as piston 52A ) to extend a 152A extendable pad. A second flow path 86B may be aligned with the recess 118 which may direct fluid flow 76B from the flow path 86B to be released into the annular space 32 (or other low pressure volume) through the flow path 84 as flow. of fluid 74, thereby disabling actuator #2 (shown as piston 52B) and retracting pad 152B. As the rotary actuator 120 rotates, the gap 116 may misalign from the flow path 86A and align with the flow path 86B, thereby pressurizing the piston 52B to extend the pad 152B and allowing actuator #1 (or piston 52A) depressurize through recess 118 and flow path 84 into annular space 32, thereby retracting pad 152A. Selective activation of pistons 52A, 52B (and 52C or more, if applicable) selectively extends and retracts pads 152A, 152B (and 152C or more, if applicable). The operation of the rotary valve is discussed in more detail with reference to FIGS. 4 and 5A-5D.

[0020] FIG. 3B mostra outra modalidade de exemplo de uma ferramenta de fundo de poço 100 interconectada na coluna de tubulação 30 que pode ativar seletivamente um ou mais atuadores hidráulicos. Deve ficar claro que a válvula rotativa 110 mostrada também pode ser usada para criar pulsos de pressão na lama de perfuração 36 para comunicação com a superfície, bem como outras funções de controle de fluxo. Entretanto, este exemplo é direcionado à ativação seletiva de atuadores hidráulicos, mesmo que pulsos de pressão também possam ser criados à medida que a válvula rotativa seleciona e desmarca vários atuadores hidráulicos.[0020] FIG. 3B shows another example embodiment of a downhole tool 100 interconnected in the tubing string 30 that can selectively activate one or more hydraulic actuators. It should be clear that the rotary valve 110 shown can also be used to create pressure pulses in the drilling mud 36 for communication with the surface, as well as other flow control functions. However, this example is aimed at selective activation of hydraulic actuators, even though pressure pulses can also be created as the rotary valve selects and deselects multiple hydraulic actuators.

[0021] A ferramenta de fundo de poço 100 pode incluir uma válvula rotativa 110 com um atuador rotativo 120 que está engatado com uma sede da válvula 130 (semelhante àquele da FIG. 3A). Uma extremidade 122 do atuador 120 engata na sede da válvula 130 na medida em que o atuador 120 é girado em relação à sede da válvula 130 pelo motor 69. A extremidade 122 e/ou a sede da válvula 130 podem ser fabricadas de um material (como o Diamante de carboneto de silício ScD) que fornece melhor resistência à degradação que se os componentes fossem feitos de materiais como carboneto de tungstênio, aço, ligas metálicas, etc. Ao aumentar a vida útil do atuador rotativo 120 e da sede da válvula 130, a vida útil da ferramenta de fundo de poço 100 também pode ser estendida.[0021] The downhole tool 100 may include a rotary valve 110 with a rotary actuator 120 that is engaged with a valve seat 130 (similar to that of FIG. 3A). An end 122 of the actuator 120 engages the valve seat 130 as the actuator 120 is rotated relative to the valve seat 130 by the motor 69. The end 122 and/or the valve seat 130 may be manufactured from a material ( such as ScD silicon carbide diamond) which provides better resistance to degradation than if the components were made from materials such as tungsten carbide, steel, metal alloys, etc. By increasing the service life of the rotary actuator 120 and valve seat 130, the service life of the downhole tool 100 can also be extended.

[0022] A sede da válvula 130 pode ser anexada de forma fixa ou de outra forma acoplada a um coletor de fluxo 62, que pode ter vários caminhos de fluxo para direcionar o fluxo de fluido recebido da sede da válvula 130. Os caminhos de fluxo podem direcionar o fluxo de fluido para vários atuadores de ferramenta, para a broca de perfuração, para o espaço anular, para outras câmaras e/ou outros locais na ferramenta de fundo de poço 100 ou BHA 101. O coletor 62 pode ser anexado de maneira fixa à coluna de tubulação 30 através do alojamento 56, tais como soldagem, brasagem, conexões roscadas, etc. , de modo que o coletor 62 gire com a coluna de tubulação 30 quando a broca de perfuração 102 gira. Isso permite que as portas que podem ser formadas na coluna de tubulação 30 (ou alojamento 56) permaneçam alinhadas com um ou mais dos caminhos de fluxo do coletor 62, como um caminho de fluxo através do coletor 62 até o espaço anular 32 através de uma parede de a coluna de tubulação 30.[0022] The valve seat 130 may be fixedly attached or otherwise coupled to a flow manifold 62, which may have multiple flow paths to direct the flow of fluid received from the valve seat 130. The flow paths can direct fluid flow to various tool actuators, to the drill bit, to the annulus, to other chambers, and/or other locations on the downhole tool 100 or BHA 101. The manifold 62 may be attached in a manner fixed to the piping string 30 through housing 56, such as welding, brazing, threaded connections, etc. , so that the manifold 62 rotates with the tubing string 30 when the drill bit 102 rotates. This allows ports that may be formed in the tubing string 30 (or housing 56) to remain aligned with one or more of the flow paths from the collector 62, such as a flow path through the collector 62 to the annular space 32 through a wall of the pipe string 30.

[0023] O alojamento cilíndrico 64 pode suportar os componentes da válvula rotativa 110. As portas 87 permitem o fluxo de fluido 77 através do alojamento 64 a partir de uma passagem de fluxo interna 80 da coluna de tubulação 30 para o atuador rotativo 120 e a sede da válvula 130. O alojamento pode ser anexado de maneira fixa ao coletor 62, de modo que gire com a coluna de tubulação 30 e a sede da válvula 130. Um motor 69 pode ser montado dentro do alojamento 64 para girar (direção 90 indicada pelas setas) um eixo de transmissão 68 em torno de um eixo central 88 em relação ao alojamento 64. A rotação do eixo de transmissão girará o atuador rotativo 120 em relação à sede da válvula 130, desse modo ativando e desativando seletivamente o fluxo de fluido através das portas 140A-C na sede da válvula 130. Uma sede de orientação 66 pode ser usada para montar uma orientação rotativa 58 que monta rotativamente o eixo de transmissão 68 no alojamento 64 e ajuda a manter o atuador rotativo 120 centralizado dentro do alojamento. Uma tela 112 pode ser posicionada em torno de uma superfície externa do alojamento 64 para filtrar a lama de perfuração 36 que passa através da tela 112 para a válvula rotativa 110. Essa tela 112 pode impedir que objetos transportados pela lama 36 danifiquem a válvula rotativa 110, caminhos de fluxo e/ou atuadores controlados pela válvula rotativa.[0023] The cylindrical housing 64 can support the components of the rotary valve 110. The ports 87 allow the flow of fluid 77 through the housing 64 from an internal flow passage 80 of the tubing string 30 to the rotary actuator 120 and the valve seat 130. The housing may be fixedly attached to the manifold 62 so that it rotates with the piping string 30 and the valve seat 130. A motor 69 may be mounted within the housing 64 to rotate (direction 90 indicated by the arrows) a drive shaft 68 about a central axis 88 relative to the housing 64. Rotation of the drive shaft will rotate the rotary actuator 120 relative to the valve seat 130, thereby selectively activating and deactivating fluid flow through ports 140A-C in the valve seat 130. An orientation seat 66 can be used to mount a rotary orientation 58 that rotationally mounts the drive shaft 68 in the housing 64 and helps keep the rotary actuator 120 centered within the housing. A screen 112 may be positioned around an outer surface of the housing 64 to filter drilling mud 36 passing through the screen 112 to the rotary valve 110. This screen 112 may prevent objects carried by the mud 36 from damaging the rotary valve 110 , flow paths and/or actuators controlled by the rotary valve.

[0024] Uma porção 77 do fluxo de fluido 70 da lama de perfuração 36 pode entrar na válvula rotativa 110 através da tela 112 e através das portas 87. A porção restante do fluxo de fluido 70 pode viajar através do caminho de fluxo de desvio 82 como fluxo de fluido 72 para continuar na broca de perfuração 102. Como visto na FIG. 3, o atuador rotativo 120 está em uma posição girada que permite que o fluxo de fluido 77 entre no caminho de fluxo 86A no coletor 62 como fluxo de fluido 76A. O fluxo de fluido 76a pode então ser direcionado pelo caminho de fluxo 86A para um atuador # 1, tal como um atuador de componentes da ferramenta de fundo de poço 100 e/ou um atuador de outra ferramenta de fundo de poço. A pressão desenvolvida no atuador # 1 devido à comunicação de fluido e pressão através da válvula rotativa 110 pode ser liberada quando a válvula rotativa 110 gira para uma posição diferente que impede a comunicação de fluido e pressão através da válvula rotativa 110 para o caminho de fluxo 86A. A pressão desenvolvida pode ser ventilada através da válvula rotativa 110 através do caminho de fluxo 84 como fluxo de fluido 74, o qual pode ser direcionado para um volume de pressão baixo, como o espaço anular 32. Isso permite que o atuador # 1 seja desativado.[0024] A portion 77 of the fluid flow 70 from the drilling mud 36 may enter the rotary valve 110 through the screen 112 and through the ports 87. The remaining portion of the fluid flow 70 may travel through the bypass flow path 82 as fluid flow 72 to continue into the drill bit 102. As seen in FIG. 3, the rotary actuator 120 is in a rotated position that allows fluid flow 77 to enter flow path 86A in manifold 62 as fluid flow 76A. Fluid flow 76a may then be directed through flow path 86A to an actuator #1, such as a downhole tool component actuator 100 and/or an actuator of another downhole tool. Pressure developed in actuator #1 due to fluid and pressure communication through the rotary valve 110 may be released when the rotary valve 110 rotates to a different position that prevents fluid and pressure communication through the rotary valve 110 into the flow path 86A. The developed pressure can be vented through the rotary valve 110 through the flow path 84 as fluid flow 74, which can be directed to a low pressure volume such as the annular space 32. This allows actuator #1 to be deactivated. .

[0025] O eixo de transmissão 68 pode ser posicionado concentricamente dentro de um alojamento de motor estendido 65 e configurado para girar dentro do alojamento de motor 65. Um espaço anular 184 pode ser formado entre o eixo de transmissão 68 e o alojamento do motor 65. O eixo de transmissão 68 também pode incluir uma passagem de fluxo central 188 que pode comunicar a pressão no óleo 186 para o atuador rotativo 120. Se a pressão no óleo 186 for maior que a pressão da lama 36 em uma câmara 177 (através da qual o fluxo de fluido 77 viaja), um diferencial de pressão através do atuador rotativo 120 pode criar uma força de engate 97 que impele o engate do atuador rotativo 120 com a sede da válvula 130. As portas de equalização de pressão 190 e 192 mantêm pressão igual dentro do volume vedado 182, permitindo a comunicação de pressão entre um espaço anular 185, um espaço anular 184 e a passagem de fluxo central 188. Portanto, a pressão do óleo 186 no volume vedado 182 permanece equalizada e a pressão exercida no lado esquerdo (em relação à FIG. 3B) do atuador rotativo 120 (e rolamento rotativo 58) é igual à pressão no espaço anular 185.[0025] The drive shaft 68 may be positioned concentrically within an extended motor housing 65 and configured to rotate within the motor housing 65. An annular space 184 may be formed between the drive shaft 68 and the motor housing 65 The drive shaft 68 may also include a central flow passage 188 that may communicate the pressure in the oil 186 to the rotary actuator 120. If the pressure in the oil 186 is greater than the pressure of the mud 36 in a chamber 177 (through the which fluid flow 77 travels), a pressure differential across the rotary actuator 120 can create an engagement force 97 that impels engagement of the rotary actuator 120 with the valve seat 130. The pressure equalization ports 190 and 192 maintain equal pressure within the sealed volume 182, allowing pressure communication between an annular space 185, an annular space 184 and the central flow passage 188. Therefore, the oil pressure 186 in the sealed volume 182 remains equalized and the pressure exerted on the side left (in relation to FIG. 3B) of rotary actuator 120 (and rotary bearing 58) is equal to the pressure in annular space 185.

[0026] A ferramenta de fundo de poço 100 da FIG. 3B é semelhante à ferramenta de fundo de poço 100 da FIG. 3A, em que também inclui um motor 69 com suportes 160, um alojamento da válvula 64, uma tela 112, um coletor 62, um atuador rotativo 120 e sede da válvula 130, bem como os caminhos e atuadores de fluxo descritos em referência à FIG. 3A. No entanto, a ferramenta 100 da FIG. 3B difere da FIG. 3A, pelo menos, incluindo um dispositivo de desvio 172 que fornece uma força de compensação ao óleo 186 no volume isolado 182. O dispositivo de desvio 172 é mostrado como uma mola helicoidal, mas outros dispositivos de desvio podem ser utilizados, como anéis de compressão e qualquer outro dispositivo de desvio adequado que possa produzir uma pressão de compensação constante no óleo 186, onde a pressão de compensação é adicionada à pressão externa ao volume isolado 182. Deve ficar claro que um dispositivo de desvio 172 também pode ser usado na ferramenta 100 da FIG. 3A, de acordo com os princípios desta divulgação.[0026] The downhole tool 100 of FIG. 3B is similar to downhole tool 100 of FIG. 3A, which also includes a motor 69 with brackets 160, a valve housing 64, a screen 112, a manifold 62, a rotary actuator 120, and valve seat 130, as well as the flow paths and actuators described with reference to FIG. . 3A. However, tool 100 of FIG. 3B differs from FIG. 3A at least including a deflection device 172 that provides a compensating force to the oil 186 in the isolated volume 182. The deflection device 172 is shown as a coil spring, but other deflection devices may be used, such as compression rings. and any other suitable bypass device that can produce a constant compensation pressure in the oil 186, where the compensation pressure is added to the pressure external to the isolated volume 182. It should be clear that a bypass device 172 may also be used in the tool 100 of FIG. 3A, in accordance with the principles of this disclosure.

[0027] Um pistão de compensação 170 pode comunicar a pressão entre uma câmara 178 e o espaço anular 185, enquanto impede a comunicação de fluido entre eles. À medida que a pressão muda no espaço anular 185 ou na câmara 178, o pistão de compensação 170 pode se mover ao longo do alojamento do motor 65 para compensar quaisquer alterações de pressão, equalizando assim a pressão no espaço 185 com a pressão na câmara 178, assumindo que o dispositivo de desvio 172 não estava presente. Pelo menos duas opções são dadas na FIG. 3B para estabelecer a pressão na câmara 178. As portas de equalização 96 podem ser posicionadas em vários locais no alojamento da válvula 64 para estabelecer a pressão na câmara 178. Um espaço anular 176 é mostrado como um espaço anular entre a tela 112 e o alojamento da válvula 64. As portas 96 mostradas como linhas sólidas podem fornecer equalização de pressão entre o espaço anular 176 e a câmara 178. A pressão no espaço anular 176 é igual à pressão na câmara 177 devido às portas 87 no alojamento da válvula 64. Portanto, com este posicionamento das portas 96, a pressão na câmara 178 pode ser equalizada com a pressão no espaço anular 176 e na câmara 177. Alternativamente, uma ou mais portas 96 podem ser posicionadas no alojamento da válvula 64, de modo a fornecer comunicação de pressão entre a passagem de fluxo 80 e a câmara 178. Nesta configuração, as portas 96 com as linhas sólidas são removidas e a porta 96 ilustrada com linhas tracejadas pode ser formada no alojamento da válvula fora da tela 112. Portanto, a pressão na câmara 178 é equalizada com a pressão na passagem de fluxo 80 da coluna de tubulação 30.[0027] A compensating piston 170 can communicate pressure between a chamber 178 and annular space 185, while preventing fluid communication between them. As the pressure changes in the annular space 185 or chamber 178, the compensating piston 170 may move along the motor housing 65 to compensate for any pressure changes, thereby equalizing the pressure in the space 185 with the pressure in the chamber 178 , assuming that the bypass device 172 was not present. At least two options are given in FIG. 3B to establish pressure in chamber 178. Equalizing ports 96 may be positioned at various locations in valve housing 64 to establish pressure in chamber 178. An annular space 176 is shown as an annular space between screen 112 and the housing. of valve 64. The ports 96 shown as solid lines can provide pressure equalization between the annular space 176 and the chamber 178. The pressure in the annular space 176 is equal to the pressure in the chamber 177 due to the ports 87 in the valve housing 64. Therefore , with this positioning of the ports 96, the pressure in the chamber 178 can be equalized with the pressure in the annular space 176 and the chamber 177. Alternatively, one or more ports 96 can be positioned in the valve housing 64 so as to provide communication of pressure between the flow passage 80 and the chamber 178. In this configuration, the ports 96 with the solid lines are removed and the port 96 illustrated with dashed lines can be formed in the valve housing outside the screen 112. Therefore, the pressure in the chamber 178 178 is equalized with the pressure in the flow passage 80 of the tubing string 30.

[0028] Portanto, sem o dispositivo de desvio 172, a pressão do óleo 186 seria mantida à pressão da lama de perfuração 36 na passagem de fluxo 80 (usando a porta 96 com linhas tracejadas) ou igual à pressão no espaço anular 176 (usando portas 96 com linhas sólidas). Também deve ser entendido que a pressão na câmara 178 é igual à pressão na passagem de fluxo 80, independentemente da posição das portas 96 quando a válvula rotativa 110 está na superfície ou quando o fluido não está fluindo através da válvula rotativa 110, uma vez que a pressão pode equalizar entre a câmara 178, a passagem de fluxo 80, o espaço anular 176 e a câmara 177, ou seja, se o dispositivo de desvio 172 não for fornecido.[0028] Therefore, without the bypass device 172, the oil pressure 186 would be maintained at the pressure of the drilling mud 36 in the flow passage 80 (using port 96 with dashed lines) or equal to the pressure in the annular space 176 (using 96 ports with solid lines). It should also be understood that the pressure in the chamber 178 is equal to the pressure in the flow passage 80, regardless of the position of the ports 96 when the rotary valve 110 is at the surface or when fluid is not flowing through the rotary valve 110, since the pressure may equalize between the chamber 178, the flow passage 80, the annular space 176 and the chamber 177, i.e. if the bypass device 172 is not provided.

[0029] No entanto, se o dispositivo de desvio 172 for fornecido, então a pressão do óleo 186 pode ser mantida a uma pressão que é a pressão na câmara 178 mais uma pressão de compensação K (ver FIGS. 10 e 11). Esta pressão de compensação K pode fornecer uma força de engate positivo 97 para manter o engate do atuador rotativo 120 e da sede da válvula 130 durante a montagem na superfície da válvula 110 e coluna de perfuração 30, instalação no furo de poço 12 e operação de fundo de poço da válvula rotativa 110. O dispositivo de desvio 172 pode ser configurado para fornecer uma pressão de compensação desejada K no óleo 186, proporcionando assim uma força de engate desejada 97 para proteger o atuador 120 e a sede da válvula 130 contra danos devido a impactos que podem ser causados quando o atuador 120 é movido longe da sede da válvula 130 e, em seguida, engata a sede da válvula 130 novamente com um impacto nas superfícies de engate 138, 132 do atuador 120 e na sede da válvula 130, respectivamente. No entanto, o dispositivo de desvio 172 não é necessário para produzir a força de engate desejada 97.[0029] However, if the bypass device 172 is provided, then the oil pressure 186 can be maintained at a pressure that is the pressure in the chamber 178 plus a compensation pressure K (see FIGS. 10 and 11). This compensation pressure K can provide a positive engagement force 97 to maintain engagement of the rotary actuator 120 and the valve seat 130 during surface mounting of the valve 110 and drill string 30, installation in the wellbore 12, and operation of downhole of the rotary valve 110. The bypass device 172 may be configured to provide a desired compensation pressure K in the oil 186, thereby providing a desired engagement force 97 to protect the actuator 120 and the valve seat 130 from damage due to to impacts that may be caused when the actuator 120 is moved away from the valve seat 130 and then engages the valve seat 130 again with an impact on the engagement surfaces 138, 132 of the actuator 120 and the valve seat 130, respectively. However, the deflection device 172 is not necessary to produce the desired engagement force 97.

[0030] FIG. 4 mostra uma vista em perspectiva do atuador rotativo 120 e da sede da válvula 130 da válvula rotativa 110 sem os outros componentes da válvula rotativa 110 para maior clareza. Além disso, o atuador 120 e a sede da válvula 130 são mostrados separados por um espaço entre as superfícies 138 e 132. No entanto, em operação, as superfícies 138 e 132 se encaixam de maneira vedada para formar uma vedação. O atuador rotativo 120 pode girar em qualquer direção 90 em torno do eixo central 88. As estrias 78 podem ser acopladas ao eixo de transmissão 68 (por exemplo, através do cubo estriado 104 e do eixo estriado 106, onde o eixo estriado pode incluir as estrias 78) e utilizados para girar o atuador rotativo 120. A extremidade 122 do atuador 120 pode ser formada como um cilindro com uma folga 116 formada na circunferência do cilindro e um recesso 118 formado na superfície 138 da extremidade 122. O recesso 118 pode se estender através da extremidade 122 e ainda mais no corpo principal do atuador 120, se desejado. Uma estrutura 128 do corpo principal do atuador 120 pode ser usada para suportar a extremidade 122, que pode ser composta das camadas 124, 126. A camada 124 pode ser feita de um material (ou materiais) resistente à degradação para reduzir a taxa de degradação do atuador rotativo 120. A degradação no atuador 120, e em particular até a extremidade 122, pode ser causada pelo fluido que flui através da válvula rotativa 110, bem como pelas forças de engate experimentadas pela superfície 138 do atuador 120 e pela superfície 132 da sede da válvula 130. Deve-se entender que a extremidade 122 pode ser feita de uma única camada de um material de resistência à degradação sem haver duas camadas individuais 124, 126. As duas camadas podem ser necessárias quando uma camada 126 (ou substrato) é usada para suportar uma camada de material resistente à degradação 124, tal como diamante policristalino PCD. A configuração de camada única pode ser usada quando o Diamante de carboneto de silicone ScD é usado como material resistente à degradação.[0030] FIG. 4 shows a perspective view of the rotary actuator 120 and valve seat 130 of the rotary valve 110 without the other components of the rotary valve 110 for clarity. Furthermore, the actuator 120 and the valve seat 130 are shown separated by a space between the surfaces 138 and 132. However, in operation, the surfaces 138 and 132 closely fit together to form a seal. The rotary actuator 120 may rotate in any direction 90 about the central axis 88. The splines 78 may be coupled to the drive shaft 68 (e.g., through the splined hub 104 and the splined shaft 106, where the splined shaft may include the splines 78) and used to rotate the rotary actuator 120. The end 122 of the actuator 120 may be formed as a cylinder with a gap 116 formed in the circumference of the cylinder and a recess 118 formed in the surface 138 of the end 122. The recess 118 may be extend through the end 122 and further into the main body of the actuator 120, if desired. A structure 128 of the main body of the actuator 120 may be used to support the end 122, which may be composed of layers 124, 126. The layer 124 may be made of a degradation-resistant material (or materials) to reduce the rate of degradation. of the rotary actuator 120. Degradation in the actuator 120, and in particular up to the end 122, may be caused by the fluid flowing through the rotary valve 110, as well as by the engagement forces experienced by the surface 138 of the actuator 120 and the surface 132 of the valve seat 130. It should be understood that end 122 may be made of a single layer of a degradation-resistant material without having two individual layers 124, 126. Both layers may be necessary when a layer 126 (or substrate) is used to support a layer of degradation-resistant material 124, such as polycrystalline diamond PCD. Single layer configuration can be used when ScD Silicon Carbide Diamond is used as degradation resistant material.

[0031] A sede da válvula 130 desta válvula rotativa 110 pode ser composta das camadas 134, 136. A camada 134 pode ser feita de um material resistente à degradação (ou materiais) para reduzir a taxa de degradação da sede da válvula 130. Da mesma forma, a degradação na sede da válvula 130 pode ser causada pelo fluido que flui através da válvula rotativa 110, bem como pelas forças de engate experimentadas pelas superfícies 138 e 132. Deve ser entendido que a sede da válvula 130 pode ser feita de uma única camada de um material de resistência à degradação (por exemplo, ScD) sem que haja duas camadas individuais 134, 136. As duas camadas podem ser necessárias quando uma camada 136 (ou substrato) é usada para suportar uma camada de material resistente à degradação 134, tal como diamante policristalino PCD. A sede da válvula 130 pode incluir as portas 140A-C e 142 para controle de fluxo de fluido com cada uma dessas portas associadas a um ou mais caminhos de fluxo no coletor 62.[0031] The valve seat 130 of this rotary valve 110 may be composed of layers 134, 136. The layer 134 may be made of a degradation-resistant material (or materials) to reduce the rate of degradation of the valve seat 130. Likewise, degradation in the valve seat 130 may be caused by fluid flowing through the rotary valve 110, as well as the engagement forces experienced by the surfaces 138 and 132. It should be understood that the valve seat 130 may be made of a single layer of a degradation-resistant material (e.g., ScD) without two individual layers 134, 136. Both layers may be necessary when a layer 136 (or substrate) is used to support a layer of degradation-resistant material 134, such as PCD polycrystalline diamond. Valve seat 130 may include ports 140A-C and 142 for controlling fluid flow with each of these ports associated with one or more flow paths in manifold 62.

[0032] A operação da válvula 110 mostrada na FIG. 4 é ilustrado pelas FIGS. 5A-5D. Estas figuras mostram as várias posições de rotação do atuador rotativo 120 em relação à sede da válvula 130. A discussão a seguir descreve pelo menos como esta modalidade da válvula rotativa 110 opera para fornecer e receber seletivamente o fluxo de fluido através das portas 140A-C e 142 da sede da válvula 130. As portas 140A-C podem ser associadas aos atuadores # 1, # 2 e # 3, respectivamente, através de caminhos de fluxo no coletor 62 (não mostrado nas FIGS 5A-5D).[0032] The operation of valve 110 shown in FIG. 4 is illustrated by FIGS. 5A-5D. These figures show the various rotational positions of the rotary actuator 120 relative to the valve seat 130. The following discussion at least describes how this embodiment of the rotary valve 110 operates to selectively provide and receive fluid flow through ports 140A-C and 142 of valve seat 130. Ports 140A-C may be associated with actuators #1, #2, and #3, respectively, through flow paths in manifold 62 (not shown in FIGS 5A-5D).

[0033] FIG. 5A mostra o atuador rotativo 120 girado de modo que o espaço 116 esteja alinhado com a porta 140A e pelo menos uma porção do recesso 118 esteja alinhada com as portas 140B, 140C e porta 142. A porta 142 permanece alinhada com uma porção do recesso 118 que é centralizada no eixo central 88. O fluxo de fluido 77 que percorreu a tela 112 e as portas 87 pode passar através da porta 140A como fluxo 76A e ser direcionado pelo coletor 62 para um atuador # 1. O fluxo 76A pode pressurizar o atuador # 1 e, assim, ativar o atuador # 1. No entanto, o fluxo de fluido 77 é impedido de fluir através das portas 140B, 140C, uma vez que o atuador rotativo 120 está bloqueando essas portas do fluxo de fluido 77.[0033] FIG. 5A shows the rotary actuator 120 rotated so that the space 116 is aligned with the port 140A and at least a portion of the recess 118 is aligned with the ports 140B, 140C and port 142. The port 142 remains aligned with a portion of the recess 118 which is centered on the central axis 88. The fluid flow 77 that has passed through the screen 112 and the ports 87 can pass through the port 140A as flow 76A and be directed by the manifold 62 to an actuator #1. The flow 76A can pressurize the actuator #1 and thus activate actuator #1. However, fluid flow 77 is prevented from flowing through ports 140B, 140C since rotary actuator 120 is blocking these fluid flow ports 77.

[0034] Através de revoluções anteriores do atuador rotativo 120, os atuadores # 2 e # 3 poderiam ter sido pressurizados através das portas 140B e 140C, respectivamente, através do fluxo de fluido 76B e 76C, respectivamente. Portanto, com as portas 140B e 140C pelo menos parcialmente alinhadas com o recesso 118, a pressão nos atuadores # 2 e # 3 pode ser liberada pelos fluxos de fluido 76B e 76C, conforme indicado pelas setas que mostram os fluxos de fluido 76B, 76C fluindo de volta através das portas 140B, 140C no recesso 118. Esses fluxos de fluido 76B, 76C podem ser desviados pelo recesso 118 (mostrado como setas em forma de U 75) para a porta 142 como fluxo de fluido 74 e direcionados pelo coletor 62 para o espaço anular 32 (ou qualquer outro volume de baixa pressão), liberando assim a pressão nos atuadores # 2, # 3. Desta forma, a porta 142 também pode ser referida como uma porta de drenagem 142. No entanto, se não houvesse pressão nos atuadores 2 e 3, o fluxo de fluido 76B, 76C seria mínimo, se houvesse.[0034] Through previous revolutions of the rotary actuator 120, actuators #2 and #3 could have been pressurized through ports 140B and 140C, respectively, through fluid flow 76B and 76C, respectively. Therefore, with ports 140B and 140C at least partially aligned with recess 118, pressure in actuators #2 and #3 can be released by fluid flows 76B and 76C, as indicated by arrows showing fluid flows 76B, 76C. flowing back through ports 140B, 140C into recess 118. These fluid flows 76B, 76C can be diverted through recess 118 (shown as U-shaped arrows 75) to port 142 as fluid flow 74 and directed through manifold 62 to annular space 32 (or any other low-pressure volume), thereby releasing pressure on actuators #2, #3. In this way, port 142 may also be referred to as a drain port 142. However, if there were no pressure in actuators 2 and 3, fluid flow 76B, 76C would be minimal, if at all.

[0035] FIG. 5B mostra o atuador 120 girado ainda mais na direção 90, de modo que a porta 140B não esteja mais alinhada com o recesso 118. No entanto, a porta 140C permanece alinhada com o recesso 118, permitindo a equalização da pressão do atuador # 3 com o baixo volume de pressão (por exemplo, o espaço anular 32) pelo fluxo de fluido 76C através da porta 140C, no recesso 118 que redireciona o fluxo de fluido 76C (indicado pela seta em forma de U 75) para dentro da porta de drenagem 142 como fluxo de fluido 74, o qual pode ser direcionado para o espaço anular 32 pelo coletor 62. As portas 140A, 140B estão pelo menos parcialmente alinhadas com a folga 116, permitindo que o fluxo de fluido 77 entre nas duas portas, pressurizando e ativando os atuadores # 1 e # 2.[0035] FIG. 5B shows actuator 120 rotated further in direction 90 so that port 140B is no longer aligned with recess 118. However, port 140C remains aligned with recess 118, allowing pressure equalization of actuator #3 with the low pressure volume (e.g., annular space 32) by fluid flow 76C through port 140C, into recess 118 which redirects fluid flow 76C (indicated by U-shaped arrow 75) into the drain port 142 as fluid flow 74, which may be directed into annular space 32 by manifold 62. Ports 140A, 140B are at least partially aligned with gap 116, allowing fluid flow 77 to enter both ports, pressurizing and activating actuators #1 and #2.

[0036] FIG. 5C mostra o atuador 120 girado ainda mais na direção 90, de modo que as portas 140A, 140C estejam pelo menos parcialmente alinhadas com o recesso 118, permitindo que a pressão nos atuadores # 1 e # 3 seja liberada pelos fluxos de fluido 76A, 76C através das portas 140A, 140C , respectivamente, no recesso 118 que redireciona os fluxos de fluido 76A, 76C (indicados pelas setas em forma de U 75) para a porta 142 como fluxo de fluido 74, que é direcionado para o espaço anular 32 pelo coletor 62. A porta 140B está totalmente alinhada com a folga 116, permitindo que o fluxo de fluido 77 entre na porta, continuando assim a pressurizar o atuador # 2.[0036] FIG. 5C shows actuator 120 rotated further in direction 90 so that ports 140A, 140C are at least partially aligned with recess 118, allowing pressure in actuators #1 and #3 to be released by fluid flows 76A, 76C through ports 140A, 140C, respectively, into recess 118 which redirects fluid flows 76A, 76C (indicated by U-shaped arrows 75) to port 142 as fluid flow 74, which is directed to annular space 32 by manifold 62. Port 140B is fully aligned with gap 116, allowing fluid flow 77 to enter the port, thereby continuing to pressurize actuator #2.

[0037] FIG. 5D mostra o atuador 120 girado ainda mais na direção 90, de modo que a porta 140A esteja alinhada com o recesso 118, permitindo que a pressão no atuador # 1 seja ainda mais liberada pelo fluxo de fluido 76A através da porta 140A no recesso 118 que redireciona o fluxo de fluido 76A (indicado pela seta em forma de U 75) na porta de drenagem 142 como fluxo de fluido 74, o qual é direcionado para o espaço anular 32 pelo coletor 62. As portas 140B, 140C podem ser pelo menos parcialmente alinhadas com a folga 116, permitindo que o fluxo de fluido 77 entre em ambas as portas, pressurizando assim os atuadores # 2, # 3. À medida que o atuador rotativo 120 continua a girar, essas configurações (bem como outras configurações intermediárias) da válvula rotativa 110 podem ser repetidas até que o atuador 120 não seja mais girado.[0037] FIG. 5D shows actuator 120 rotated further in direction 90 so that port 140A is aligned with recess 118, allowing pressure in actuator #1 to be further released by fluid flow 76A through port 140A into recess 118 that redirects fluid flow 76A (indicated by U-shaped arrow 75) into drain port 142 as fluid flow 74, which is directed to annular space 32 by manifold 62. Ports 140B, 140C may be at least partially aligned with gap 116, allowing fluid flow 77 to enter both ports, thereby pressurizing actuators #2, #3. As rotary actuator 120 continues to rotate, these settings (as well as other intermediate settings) of rotary valve 110 may be repeated until the actuator 120 is no longer rotated.

[0038] FIG. 6 mostra um diagrama esquemático de uma válvula rotativa de exemplo 110 (que pode incluir componentes semelhantes, como mostrado na FIG. 4), sendo usada para ativar e desativar seletivamente os atuadores # 1, # 2, # 3 que são mostrados como pistões 52A-C, respectivamente . No entanto, outras válvulas rotativas 110 podem ser substituídas pela válvula rotativa 110 e mais ou menos pistões podem ser suportados por esta configuração mostrada na FIG. 6. A válvula rotativa 110 pode ser usada para sincronizar as extensões da almofada de uma ferramenta de fundo de poço 100 com a rotação da broca de perfuração 102 e para facilitar a direção da broca de perfuração 102 através de extensões seletivas da almofada.[0038] FIG. 6 shows a schematic diagram of an example rotary valve 110 (which may include similar components as shown in FIG. 4), being used to selectively activate and deactivate actuators #1, #2, #3 which are shown as pistons 52A -C, respectively. However, other rotary valves 110 may be substituted for the rotary valve 110 and more or fewer pistons may be supported by this configuration shown in FIG. 6. The rotary valve 110 may be used to synchronize the pad extensions of a downhole tool 100 with the rotation of the drill bit 102 and to facilitate steering of the drill bit 102 through selective pad extensions.

[0039] A lama de perfuração 36 pode ser bombeada a partir da superfície 16 como fluxo de fluido 70 através da coluna de tubulação 30 através da passagem de fluxo interna 80. Esta lama 36 pode ser referida como um lado de pressão “alta” do sistema. Parte do fluxo de fluido 70 da lama pode ser desviada como fluxo 77 para fornecer fluido e pressão à válvula rotativa 110, com o restante (e a maioria) da lama 36 fluindo para a broca de perfuração 102 como fluxo de fluido 72 sob “alta” pressão. O fluxo desviado 77 pode passar através de uma tela 112 para filtrar quaisquer detritos ou outros objetos do fluido antes de entrar na válvula rotativa 110.[0039] Drilling mud 36 can be pumped from surface 16 as fluid flow 70 through tubing string 30 through internal flow passage 80. This mud 36 can be referred to as a “high” pressure side of the system. Part of the mud fluid flow 70 may be diverted as flow 77 to supply fluid and pressure to the rotary valve 110, with the remainder (and majority) of the mud 36 flowing to the drill bit 102 as fluid flow 72 under "high " pressure. The diverted flow 77 may pass through a screen 112 to filter any debris or other objects from the fluid before entering the rotary valve 110.

[0040] À medida que a lama 36 flui através da broca de perfuração 102 e para o espaço anular 32, a lama 36 pode experimentar uma queda de pressão através da broca de perfuração 102. Portanto, o espaço anular 32 pode ser referido como um lado de pressão “baixa” do sistema. A válvula rotativa 110 pode ser conectada entre o lado de pressão “alta” e o lado de pressão “baixa”, como mostrado na FIG. 6. O fluxo de fluido 77 pode entrar na válvula rotativa 110 a partir do lado de alta pressão através das portas 87 (não mostradas) e no espaço 116 para pressurizar seletivamente os atuadores # 1, # 2, # 3 e depois sair da válvula rotativa 110 para o lado de pressão “baixa” através da porta 142 que está em comunicação fluida com o espaço anular 32 (um volume de baixa pressão) através do caminho de fluxo 84. Esses pistões 52A-C podem ser conectados às portas 140A-C através dos caminhos de fluxo 86A-C, respectivamente. À medida que o atuador rotativo 120 é girado, os pistões 52A- C são seletivamente ativados e desativados.[0040] As the mud 36 flows through the drill bit 102 and into the annular space 32, the mud 36 may experience a pressure drop across the drill bit 102. Therefore, the annular space 32 can be referred to as a “low” pressure side of the system. The rotary valve 110 can be connected between the “high” pressure side and the “low” pressure side, as shown in FIG. 6. Fluid flow 77 may enter the rotary valve 110 from the high pressure side through ports 87 (not shown) and space 116 to selectively pressurize actuators #1, #2, #3 and then exit the valve rotary 110 to the “low” pressure side via port 142 which is in fluid communication with the annular space 32 (a low pressure volume) via flow path 84. These pistons 52A-C can be connected to ports 140A- C through flow paths 86A-C, respectively. As the rotary actuator 120 is rotated, pistons 52A-C are selectively activated and deactivated.

[0041] Quando a folga 116 está alinhada com a porta 140A, então a pressão pode ser aplicada ao caminho de fluxo 86A e, assim, ativar o pistão 52A. Quando a folga 116 está alinhada com a porta 140B, então a pressão pode ser aplicada ao caminho de fluxo 86B e, assim, ativar o pistão 52B, com a pressão no pistão 56A sendo liberada através da porta de drenagem 142 para o caminho de fluxo 84 como fluxo de fluido 74, que pode ser despejado no espaço anular 32 (ou outro volume de baixa pressão), onde pode se juntar ao fluxo de lama 71 que flui de volta para a superfície 16. Quando o espaço 116 está alinhado com a porta 140C, então a pressão pode ser aplicada ao caminho de fluxo 86C e, assim, ativar o pistão 52C, com a pressão nos pistões 56A, 56B sendo liberada através da porta de drenagem 142 para o caminho de fluxo 84 como fluxo de fluido 74, que pode ser despejado no espaço anular 32, onde pode unir o fluxo de lama 71 que flui de volta para a superfície 16. Esta sequência pode continuar enquanto o atuador rotativo 120 continuar a girar em relação à sede da válvula 130. Como pode ser visto na FIG. 6, a folga 116 é mostrada como estando alinhada com a porta 140B, o que permite que a pressão seja aplicada ao pistão 52B através do caminho de fluxo 86B. O pistão 52B é mostrado estendido na câmara do pistão 52B com o pistão 52B estendendo a almofada 152B radialmente para contatar uma superfície interior (ou parede) do furo de poço 12.[0041] When gap 116 is aligned with port 140A, then pressure can be applied to flow path 86A and thereby activate piston 52A. When the gap 116 is aligned with the port 140B, then pressure can be applied to the flow path 86B and thereby activate the piston 52B, with the pressure in the piston 56A being released through the drain port 142 into the flow path. 84 as fluid flow 74, which may be dumped into the annular space 32 (or other low pressure volume), where it may join the mud flow 71 flowing back to the surface 16. When the space 116 is aligned with the port 140C, then pressure can be applied to flow path 86C and thereby activate piston 52C, with the pressure on pistons 56A, 56B being released through drain port 142 to flow path 84 as fluid flow 74 , which can be dumped into the annular space 32, where it can join the mud stream 71 flowing back to the surface 16. This sequence can continue as long as the rotary actuator 120 continues to rotate relative to the valve seat 130. How can this be seen in FIG. 6, gap 116 is shown as being aligned with port 140B, which allows pressure to be applied to piston 52B through flow path 86B. The piston 52B is shown extended in the piston chamber 52B with the piston 52B extending the pad 152B radially to contact an interior surface (or wall) of the wellbore 12.

[0042] Em um exemplo, a válvula rotativa 110 pode ser usada para direcionar a broca de perfuração 102 enquanto a broca de perfuração gira para estender o furo de poço 12. Os pistões 52A-C podem ser usados para estender e retrair as almofadas de orientação 152A-C, respectivamente, que podem ser espaçadas circunferencialmente em um exterior da coluna de tubulação 30 (ou alojamento 56). Como essas almofadas de orientação 152A-C são seletivamente estendidas em contato com o furo de poço 12, a coluna de tubulação 30 pode ser empurrada para longe da parede do furo de poço contatada por uma almofada estendida e empurrada em direção a uma parede oposta do furo de poço. Se as almofadas de orientação selecionadas 152A-C forem periodicamente estendidas, então a broca de perfuração 102 pode ser guiada em uma direção azimutal para longe do eixo longitudinal X1 para mudar a trajetória da broca de perfuração 102 através da formação de terra 14 à medida que o furo de poço 12 é estendido. Para estender periodicamente as almofadas de orientação 152A-C em uma orientação azimutal desejada em relação ao furo de poço 12, as extensões da almofada de orientação podem ser sincronizadas com a rotação da coluna de tubulação 30 usando a válvula rotativa 110 para controlar as extensões e retrações das almofadas de orientação extensíveis 152A-C.[0042] In one example, the rotary valve 110 can be used to direct the drill bit 102 as the drill bit rotates to extend the wellbore 12. Pistons 52A-C can be used to extend and retract the drill pads. orientation 152A-C, respectively, which may be circumferentially spaced on an exterior of the piping string 30 (or housing 56). As these orientation pads 152A-C are selectively extended in contact with the wellbore 12, the tubing string 30 can be pushed away from the wellbore wall contacted by an extended pad and pushed toward an opposite wall of the wellbore. well hole. If the selected guidance pads 152A-C are periodically extended, then the drill bit 102 can be guided in an azimuthal direction away from the longitudinal axis X1 to change the trajectory of the drill bit 102 through the earth formation 14 as it wellbore 12 is extended. To periodically extend the orienting pads 152A-C in a desired azimuth orientation relative to the wellbore 12, the orienting pad extensions can be synchronized with the rotation of the tubing string 30 using the rotary valve 110 to control the extensions and retractions of the 152A-C extendable guidance pads.

[0043] Com o alojamento 56 girando a uma determinada RPM, então o motor 69 pode ser controlado para girar o eixo de transmissão 68 (e, portanto, o atuador rotativo 120) na RPM determinada, mas em uma direção oposta. Portanto, o atuador rotativo 120 pode ser visto como “geoestacionário” em comparação com a formação de terra 14 e o furo de poço 12. À medida que a broca de perfuração 102 gira, o atuador rotativo 120 pode girar em relação à sede da válvula 130 (que gira com a broca de perfuração 102 e o alojamento 56). Uma vez que o atuador 120 é definido para uma orientação azimutal desejada em relação ao furo de poço 12 pelo motor 69, então o motor 69 pode manter essa orientação em relação ao furo de poço 12 quando a broca de perfuração 102 gira, girando o atuador 120 na direção oposta em a mesma velocidade da broca de perfuração 102. À medida que a sede da válvula 130 gira com a broca de perfuração 102, ela apresentará as portas 140A-C em sequência à folga 116 do atuador rotativo 120, pressurizando assim o pistão associado 52A-C quando as portas individuais 140A-C estiverem alinhadas com a folga 116[0043] With the housing 56 rotating at a given RPM, then the motor 69 can be controlled to rotate the drive shaft 68 (and therefore the rotary actuator 120) at the given RPM, but in an opposite direction. Therefore, the rotary actuator 120 can be viewed as “geostationary” compared to the earth formation 14 and the wellbore 12. As the drill bit 102 rotates, the rotary actuator 120 can rotate relative to the valve seat. 130 (which rotates with drill bit 102 and housing 56). Once the actuator 120 is set to a desired azimuthal orientation relative to the wellbore 12 by the motor 69, then the motor 69 can maintain that orientation relative to the wellbore 12 when the drill bit 102 rotates, rotating the actuator. 120 in the opposite direction at the same speed as the drill bit 102. As the valve seat 130 rotates with the drill bit 102, it will present ports 140A-C in sequence to the clearance 116 of the rotary actuator 120, thereby pressurizing the associated piston 52A-C when individual ports 140A-C are aligned with clearance 116

[0044] À medida que cada porta individual 140A-C se desalinha da folga 116, ela se alinha com um recesso 118 no atuador rotativo 120 que fornece comunicação fluida entre a porta alinhada com o recesso 118 e a porta de drenagem 142, liberando assim a pressão no respectivo pistão 52A-C através do caminho de fluxo 84 para o espaço anular 32. Com o atuador 120 “geoestacionário”, pode ser visto que cada bloco estendido devido ao alinhamento do espaço 116 com as portas individuais 140A-C, será estendido em uma orientação azimutal desejada, que é determinada pela orientação azimutal do atuador 120 em relação ao furo de poço 12, onde a orientação azimutal desejada do atuador 120 pode ser diferente da orientação azimutal desejada para estender as almofadas individuais 152A-C. Desta maneira, as extensões periódicas de almofada na mesma orientação azimutal desejada podem continuar a direcionar a broca de perfuração 102 em uma orientação azimutal desejada (que também pode ser diferente das outras orientações azimutais) para longe do eixo longitudinal central X1 do furo de poço 12.[0044] As each individual port 140A-C moves out of alignment with the gap 116, it aligns with a recess 118 in the rotary actuator 120 that provides fluid communication between the port aligned with the recess 118 and the drain port 142, thereby freeing the pressure on the respective piston 52A-C through the flow path 84 to the annular space 32. With the “geostationary” actuator 120, it can be seen that each extended block due to the alignment of the space 116 with the individual ports 140A-C, will be extended in a desired azimuthal orientation, which is determined by the azimuthal orientation of the actuator 120 relative to the wellbore 12, where the desired azimuthal orientation of the actuator 120 may be different from the desired azimuthal orientation for extending the individual pads 152A-C. In this way, periodic pad extensions in the same desired azimuthal orientation can continue to direct the drill bit 102 in a desired azimuthal orientation (which may also be different from the other azimuthal orientations) away from the central longitudinal axis X1 of the wellbore 12 .

[0045] Referindo-se novamente à FIG. 4, pelo menos uma das primeira e segunda superfícies de acoplamento 138, 132 geralmente planas e em forma de disco pode ser construída de um material ScD para inibir ou resistir à degradação da válvula rotativa 110 em operação. Como ilustrado, o atuador rotativo 120 pode ser construído com uma superfície de desgaste 138 de um compósito ScD que forma a extremidade 122 (onde a extremidade 122 pode ser uma camada de espessura “T2” em vez de duas camadas 124, 126, como descrito anteriormente) e está ligado a uma estrutura de suporte 128. A estrutura de suporte 128 pode ser construída de um material, por exemplo, WC e/ou carboneto cimentado que é diferente da extremidade composta de ScD 122. Em algumas modalidades, a extremidade compósita de ScD 122 pode ser ligada à estrutura de suporte 128 por técnicas de brasagem a temperaturas de brasagem entre 650 e 925 °C. O emprego de métodos de brasagem de forno e ligas de brasagem ativas é possível obter forças de cisalhamento de 250 a 350MPa. A extremidade compósita de ScD 122 é termicamente estável, pelo menos em parte porque a extremidade compósita de ScD 122 não contém o catalisador intersticial de cobalto (Co) presente no PCD sinterizado. Assim, a degradação térmica devida à expansão e grafitização térmica de Co não ocorre com a brasagem, mesmo a temperaturas superiores a 700 graus Celsius e o atuador rotativo 120 pode permanecer estruturalmente estável sem rachaduras. Em algumas modalidades, o atuador rotativo 120 pode ser construído de uma peça monolítica ou de peças ligadas do material compósito de ScD.[0045] Referring again to FIG. 4, at least one of the generally flat, disc-shaped first and second mating surfaces 138, 132 may be constructed of an ScD material to inhibit or resist degradation of the rotary valve 110 in operation. As illustrated, the rotary actuator 120 may be constructed with a wear surface 138 of an ScD composite forming the end 122 (where the end 122 may be one layer of “T2” thickness rather than two layers 124, 126 as described previously) and is attached to a support structure 128. The support structure 128 may be constructed of a material, e.g., WC and/or cemented carbide that is different from the ScD composite end 122. In some embodiments, the composite end of ScD 122 can be connected to the support structure 128 by brazing techniques at brazing temperatures between 650 and 925 °C. Using furnace brazing methods and active brazing alloys, it is possible to obtain shear forces of 250 to 350MPa. The ScD 122 composite end is thermally stable, at least in part because the ScD 122 composite end does not contain the interstitial cobalt (Co) catalyst present in sintered PCD. Thus, thermal degradation due to expansion and thermal graphitization of Co does not occur with brazing even at temperatures exceeding 700 degrees Celsius and the rotary actuator 120 can remain structurally stable without cracking. In some embodiments, the rotary actuator 120 may be constructed from a monolithic piece or bonded pieces of ScD composite material.

[0046] A rotação do atuador rotativo 120 em relação à sede da válvula 130 pode causar contato de atrito entre as superfícies de engate 138, 132. Uma vez que o coeficiente de atrito do componente de ScD pode ser relativamente baixo, o movimento rotacional entre as superfícies de engate 138, 132 pode ser alcançado com um gasto de energia relativamente baixo e com desgaste abrasivo relativamente baixo.[0046] Rotation of the rotary actuator 120 relative to the valve seat 130 may cause frictional contact between the engaging surfaces 138, 132. Since the coefficient of friction of the ScD component may be relatively low, the rotational movement between engagement surfaces 138, 132 can be achieved with relatively low energy expenditure and relatively low abrasive wear.

[0047] A sede da válvula 130 pode ser fabricada de uma peça monolítica ou de peças ligadas do material compósito de ScD. A peça monolítica ou peças ligadas podem ser polidas para formar as portas 140A-C e a porta de drenagem 142. Portanto, a superfície de engate 132 e as portas 140A- C, 142 expõem o fluxo de fluido através da sede da válvula 130 para as superfícies feitas de ScD e podem fornecer resistência significativa à degradação da sede da válvula 130. A sede da válvula 130 também pode ser soldada usando ligas de brasagem padrão a temperaturas de brasagem padrão (por exemplo, temperaturas superiores a 650 graus) para fornecer uma ligação superior entre a sede da válvula 130 e o coletor 62.[0047] The valve seat 130 can be manufactured from a monolithic piece or from linked pieces of ScD composite material. The monolithic part or parts attached may be polished to form ports 140A-C and drain port 142. Therefore, engagement surface 132 and ports 140A-C, 142 expose fluid flow through valve seat 130 to surfaces made of ScD and can provide significant resistance to degradation of the valve seat 130. The valve seat 130 may also be welded using standard brazing alloys at standard brazing temperatures (e.g., temperatures greater than 650 degrees) to provide a upper connection between valve seat 130 and manifold 62.

[0048] FIG. 7 mostra o cubo estriado 104 engatado e acoplado ao eixo estriado 106. O cubo estriado 104 transmite o movimento rotacional do eixo de transmissão 68 para o eixo estriado 106 devido ao engate do cubo estriado 104 com o eixo estriado 106. O engate das estrias faz com que o cubo 104 e o eixo 106 giram juntos como uma unidade, permitindo movimento lateral (isto é, longitudinal) do eixo 106 em relação ao cubo 104. Portanto, o eixo estriado 106 pode se mover longitudinalmente (isto é, o eixo Z) em relação ao cubo estriado 104. A interface estriada permite liberdade suficiente de movimento longitudinal para que o atuador rotativo 120 (estrutura 128 do atuador 120 mostrado) se autoajuste ao movimento relativo da sede da válvula 130.[0048] FIG. 7 shows the splined hub 104 engaged and coupled to the splined shaft 106. The splined hub 104 transmits the rotational movement of the transmission shaft 68 to the splined shaft 106 due to the engagement of the splined hub 104 with the splined shaft 106. The engagement of the splines makes whereby the hub 104 and the shaft 106 rotate together as a unit, allowing lateral (i.e., longitudinal) movement of the shaft 106 relative to the hub 104. Therefore, the splined shaft 106 can move longitudinally (i.e., the Z axis ) relative to the splined hub 104. The splined interface allows sufficient freedom of longitudinal movement for the rotary actuator 120 (frame 128 of actuator 120 shown) to self-adjust to the relative movement of the valve seat 130.

[0049] FIG. 8 é uma vista em seção transversal parcial simplificada de uma válvula rotativa 110 semelhante à válvula 110 mostrada na FIG. 3A. No entanto, a FIG. 8 tem um dispositivo de desvio 174. Deve ser entendido que este dispositivo de desvio 174 também pode ser usado nas válvulas rotativas mostradas nas FIGS. 3A e 3B, bem como outras modalidades da válvula rotativa 110. O dispositivo de desvio 174 pode ser posicionado entre uma extremidade 200 do eixo estriado 106 e um ressalto interior 202 do cubo estriado 104. O dispositivo de desvio 174 pode aplicar uma força 98 ao eixo estriado 106 que pode transmitir a força 98 ao atuador rotativo 120, aplicando assim a força 98 ao atuador rotativo 120 para instar a superfície 138 a engatar com a superfície 132 na sede da válvula 130. Esta força de engate 98 também pode manter um engate da superfície 138 com a superfície 132 durante a montagem da válvula 110 e/ou coluna de perfuração 30 na superfície 16, instalação da válvula 110 no furo de poço 12 e operação de fundo de poço da válvula110. O dispositivo de desvio 172 é mostrado como uma mola helicoidal, mas também podem ser utilizados outros dispositivos de desvio, como anéis de compressão, espuma expansível e qualquer outro dispositivo de desvio adequado que possa produzir a força 98 contra o eixo estriado 106 e a superfície de engate 138. Deve ser entendido que a força 98 na FIG. 8 também pode incluir a força 97 produzida pelo dispositivo de desvio 172 quando o eixo de transmissão 68 tem a passagem de fluxo central 188 (ver FIG. 3B) através da qual a pressão do fluido no volume vedado 182 pode ser aplicada ao eixo 106. O volume vedado 182 pode conter o óleo limpo 186.[0049] FIG. 8 is a simplified partial cross-sectional view of a rotary valve 110 similar to the valve 110 shown in FIG. 3A. However, FIG. 8 has a bypass device 174. It is to be understood that this bypass device 174 may also be used in the rotary valves shown in FIGS. 3A and 3B, as well as other embodiments of the rotary valve 110. The bypass device 174 may be positioned between an end 200 of the splined shaft 106 and an inner shoulder 202 of the splined hub 104. The bypass device 174 may apply a force 98 to the splined shaft 106 which can transmit the force 98 to the rotary actuator 120, thereby applying the force 98 to the rotary actuator 120 to urge the surface 138 to engage with the surface 132 on the valve seat 130. This engagement force 98 can also maintain an engagement of surface 138 with surface 132 during assembly of valve 110 and/or drill string 30 on surface 16, installation of valve 110 in wellbore 12, and downhole operation of valve 110. The deflection device 172 is shown as a coil spring, but other deflection devices such as compression rings, expandable foam, and any other suitable deflection device that can produce the force 98 against the splined shaft 106 and the surface may also be used. coupling force 138. It should be understood that force 98 in FIG. 8 may also include the force 97 produced by the diverter device 172 when the drive shaft 68 has the central flow passage 188 (see FIG. 3B) through which fluid pressure in the sealed volume 182 may be applied to the shaft 106. The sealed volume 182 may contain the clean oil 186.

[0050] FIG. 9 ilustra ainda outra maneira de aplicar uma força de engate (aqui mostrada como força de engate 99) ao atuador rotativo 120 para manter o engate entre o atuador rotativo 120 e a sede da válvula 130 quando o fluido pressurizado está fluindo através da válvula rotativa 110. Com a passagem de fluxo 80 em comunicação de pressão com o volume vedado 182, a pressão P2 no volume vedado será igual à pressão P1 na passagem de fluxo 80, através do pistão de compensação 170 e da porta 96 (isto é, a porta tracejada 96 na FIG. 3B). Portanto, a pressão P1 é igual a P2, com P2 sendo aplicado ao lado esquerdo (em relação à figura) do eixo estriado 106. Uma porção da lama de perfuração 36 entra na válvula rotativa 110 através da tela 112 como fluxo de fluido 77. A tela 112 (ou filtro) pode criar uma queda de pressão na lama de perfuração através do filtro, resultando em uma pressão P3 na câmara 177 que é menor que a pressão P1 na passagem de fluxo 80. Esta pressão P3 pode ser aplicada no lado direito (em relação à figura) do eixo estriado 106 da câmara 177, criando assim um diferencial de pressão através do eixo estriado 106, uma vez que P3 é menor que P2. Como exemplo, se P1 for 1. 000 psi, P2 seria 1. 000 psi devido à equalização de pressão entre a passagem de fluxo 80 e o volume vedado 182. Se a queda de pressão na tela 112 fosse de 50 psi, a pressão P3 na câmara 177 seria de 950 psi. O diferencial de pressão através do eixo estriado 106 também seria de 50 psi, uma vez que P2 - P3 é 50 psi neste exemplo. Os valores de pressão apresentados aqui são meramente declarados para ajudar a ilustrar a operação de produção da força 99 devido a um diferencial de pressão através do eixo estriado 106.[0050] FIG. 9 illustrates yet another way of applying an engagement force (shown here as engagement force 99) to the rotary actuator 120 to maintain engagement between the rotary actuator 120 and the valve seat 130 when pressurized fluid is flowing through the rotary valve 110. With flow passage 80 in pressure communication with sealed volume 182, pressure P2 in the sealed volume will be equal to pressure P1 in flow passage 80, through compensating piston 170 and port 96 (i.e., port dashed line 96 in FIG. 3B). Therefore, the pressure P1 is equal to P2, with P2 being applied to the left side (relative to the figure) of the splined shaft 106. A portion of the drilling mud 36 enters the rotary valve 110 through the screen 112 as fluid flow 77. The screen 112 (or filter) can create a pressure drop in the drilling mud across the filter, resulting in a pressure P3 in the chamber 177 that is less than the pressure P1 in the flow passage 80. This pressure P3 can be applied to the side right (in relation to the figure) of the splined shaft 106 of the chamber 177, thus creating a pressure differential across the splined shaft 106, since P3 is smaller than P2. As an example, if P1 is 1,000 psi, P2 would be 1,000 psi due to pressure equalization between flow passage 80 and sealed volume 182. If the pressure drop across screen 112 were 50 psi, pressure P3 in chamber 177 it would be 950 psi. The pressure differential across spline shaft 106 would also be 50 psi, since P2 - P3 is 50 psi in this example. The pressure values presented here are merely stated to help illustrate the operation of producing force 99 due to a pressure differential across the splined shaft 106.

[0051] Como pode ser visto, existem pelo menos três maneiras diferentes de aplicar uma força de engate para manter o engate do atuador rotativo 120 com a sede da válvula 130. Uma maneira produz a força de engate 97, devido à produção da pressão de compensação K no volume vedado 182 através do dispositivo de desvio 172 como descrito em referência à FIG. 3B. Outra maneira produz a força de engate 98, devido ao dispositivo de desvio 174 que aplica uma força de desvio ao eixo estriado 106 como descrito em referência à FIG. 8. A terceira maneira produz a força de engate 99, devido a um diferencial de pressão entre o volume vedado 182 e a câmara 177. Duas ou mais dessas forças de engate podem ser combinadas conforme necessário para aplicar uma força de engate desejada ao atuador rotativo 120.[0051] As can be seen, there are at least three different ways of applying an engagement force to maintain engagement of the rotary actuator 120 with the valve seat 130. One way produces the engagement force 97, due to the production of pressure. compensation K in sealed volume 182 via bypass device 172 as described with reference to FIG. 3B. Another way produces the engagement force 98 due to the deflection device 174 applying a deflection force to the splined shaft 106 as described with reference to FIG. 8. The third way produces the engagement force 99, due to a pressure differential between the sealed volume 182 and the chamber 177. Two or more of these engagement forces may be combined as needed to apply a desired engagement force to the rotary actuator 120.

[0052] Por exemplo, o dispositivo de desvio 172 pode ser empregado sem o dispositivo de desvio adicional 174. Durante a montagem da coluna de perfuração 30 na superfície e instalação da coluna de perfuração no furo de poço 12, a força 97 pode manter um engate do atuador rotativo 120 com a sede da válvula 130. Após o início da perfuração e a lama 36 ser bombeada através da coluna de perfuração 30, então a força de engate adicional 98 (devido ao diferencial de pressão através do eixo estriado 106) pode ser combinada com a força 97 para manter o engate do atuador rotativo 120 com a sede da válvula 130. Além disso, o dispositivo de desvio 174 também pode ser utilizado, o que pode produzir a força de engate 99, aplicando uma força de engate ao atuador rotativo 120 que combina as forças 97, 98 e 99. Adicionalmente, se nenhum dispositivo de desvio 172, 174 for utilizado, então o diferencial de pressão através do eixo estriado pode fornecer a força de engate 99 quando a válvula rotativa 110 tiver pressurizado o fluido que flui através dele. Entretanto, com esta configuração, o fluxo de fluido através da válvula 110 é necessário para produzir o diferencial de pressão através do atuador rotativo 120.[0052] For example, the offset device 172 may be employed without the additional offset device 174. During mounting the drill string 30 to the surface and installing the drill string in the wellbore 12, the force 97 may maintain a engagement of the rotary actuator 120 with the valve seat 130. After drilling begins and the mud 36 is pumped through the drill string 30, then additional engagement force 98 (due to the pressure differential across the splined shaft 106) may be combined with the force 97 to maintain engagement of the rotary actuator 120 with the valve seat 130. Additionally, the deflection device 174 may also be used, which may produce the engagement force 99 by applying an engagement force to the rotary actuator 120 that combines forces 97, 98 and 99. Additionally, if no bypass device 172, 174 is used, then the pressure differential across the splined shaft may provide the engagement force 99 when the rotary valve 110 has pressurized the fluid flowing through it. However, with this configuration, fluid flow through valve 110 is necessary to produce the pressure differential across rotary actuator 120.

[0053] FIGS. 10A e 10B mostram um diagrama funcional simplificado para ilustrar como o dispositivo de desvio 172 pode ser usado para produzir a pressão de compensação K na superfície 16. O pistão de compensação 170 que pode deslizar no alojamento da válvula 64 para ajustar as mudanças de pressão no volume vedado 182 (contendo óleo limpo 186) ou na câmara 178 (que pode conter ar ambiente 180 na superfície 16). O pistão de compensação 170 fornece comunicação de pressão entre o volume 182 e a câmara 178, mas não fornece comunicação fluida entre eles. Se a válvula rotativa 110 estiver na superfície (por exemplo, durante a montagem da coluna de perfuração), então a câmara 178 pode ser preenchida com ar 180 à pressão atmosférica. Portanto, a pressão P1 na câmara 178 pode ser pressão atmosférica na superfície 16 e, uma vez que o pistão de compensação 170 fornece comunicação de pressão, a pressão P2 no volume vedado 182 é igual à P1, sendo ambas iguais à pressão atmosférica. Na FIG. 10B, o dispositivo de desvio 172 foi adicionado à lateral da câmara 178 do pistão de compensação 170 , entre o pistão de compensação 170 e um ressalto do alojamento da válvula 64. O dispositivo de desvio 172 pode fornecer uma pressão de compensação K. Portanto, a pressão P2 no volume vedado 182 pode ser a pressão de compensação K combinada com a pressão P1. Esta pressão de compensação K pode ser aplicada ao atuador rotativo 120 para manter o engate na sede da válvula 130.[0053] FIGS. 10A and 10B show a simplified functional diagram to illustrate how the bypass device 172 can be used to produce the compensation pressure K on the surface 16. The compensation piston 170 can slide in the valve housing 64 to adjust the pressure changes in the sealed volume 182 (containing clean oil 186) or in chamber 178 (which may contain ambient air 180 at surface 16). Compensation piston 170 provides pressure communication between volume 182 and chamber 178, but does not provide fluid communication between them. If the rotary valve 110 is at the surface (e.g., during drillstring assembly), then the chamber 178 can be filled with air 180 at atmospheric pressure. Therefore, pressure P1 in chamber 178 may be atmospheric pressure at surface 16, and since compensation piston 170 provides pressure communication, pressure P2 in sealed volume 182 is equal to P1, both being equal to atmospheric pressure. In FIG. 10B, the bypass device 172 has been added to the side of the chamber 178 of the compensation piston 170, between the compensation piston 170 and a shoulder of the valve housing 64. The bypass device 172 can provide a compensation pressure K. Therefore, the pressure P2 in the sealed volume 182 may be the compensation pressure K combined with the pressure P1. This compensation pressure K may be applied to the rotary actuator 120 to maintain engagement with the valve seat 130.

[0054] FIGS. 11A e 11B mostram um diagrama funcional simplificado para ilustrar como o dispositivo de desvio 172 pode ser usado para produzir a pressão de compensação K no fundo do poço. O pistão de compensação 170 que pode deslizar no alojamento da válvula 64 para ajustar as mudanças de pressão no volume vedado 182 ou na câmara 178. Novamente, o pistão de compensação 170 fornece comunicação de pressão entre o volume 182 e a câmara 178, mas não fornece comunicação fluida entre eles. Se a válvula rotativa 110 estiver no fundo do poço (por exemplo, durante operações de perfuração), a câmara 178 pode ser preenchida com lama de perfuração pressurizada 36 na pressão P1, fazendo com que a pressão P2 no volume vedado 182 seja igual à P1. Na FIG. 11B, o dispositivo de desvio 172 foi adicionado ao lado da câmara 178 do pistão de compensação 170, como na FIG. 10B. O dispositivo de desvio 172 pode fornecer a pressão de compensação K ao volume vedado 182. Portanto, a pressão P2 no volume vedado 182 pode ser a pressão de compensação K combinada com a pressão P1. Esta pressão de compensação K pode ser aplicada ao atuador rotativo 120 para manter o engate na sede da válvula 130 no fundo do poço.[0054] FIGS. 11A and 11B show a simplified functional diagram to illustrate how the bypass device 172 can be used to produce compensation pressure K at the bottom of the well. The compensation piston 170 which can slide in the valve housing 64 to adjust pressure changes in the sealed volume 182 or chamber 178. Again, the compensation piston 170 provides pressure communication between the volume 182 and the chamber 178, but not provides fluid communication between them. If the rotary valve 110 is downhole (e.g., during drilling operations), the chamber 178 may be filled with pressurized drilling mud 36 at pressure P1, causing the pressure P2 in the sealed volume 182 to be equal to P1 . In FIG. 11B, bypass device 172 has been added to the chamber 178 side of compensation piston 170, as in FIG. 10B. The bypass device 172 can provide the compensation pressure K to the sealed volume 182. Therefore, the pressure P2 in the sealed volume 182 can be the compensation pressure K combined with the pressure P1. This compensation pressure K can be applied to the rotary actuator 120 to maintain engagement with the valve seat 130 at the bottom of the well.

[0055] Assim, é fornecida uma válvula rotativa 110 que pode incluir um alojamento da válvula 64, um coletor 62 montado no alojamento da válvula 64, um atuador rotativo 120 montado rotativamente dentro do alojamento da válvula 64 com o atuador rotativo 120 tendo uma primeira superfície de engate 138, uma sede da válvula acoplada ao coletor e a sede da válvula tendo uma segunda superfície de engate 132 que engata de forma vedada na primeira superfície de engate 138 e forma uma vedação entre a primeira e a segunda superfície de engate 138, 132. Uma força de engate 97, 98, 99 pode ser aplicada ao atuador rotativo 120 para manter o engate entre a primeira e a segunda superfícies de engate 138, 132.[0055] Thus, a rotary valve 110 is provided which may include a valve housing 64, a manifold 62 mounted on the valve housing 64, a rotary actuator 120 rotatably mounted within the valve housing 64 with the rotary actuator 120 having a first engaging surface 138, a valve seat coupled to the manifold and the valve seat having a second engaging surface 132 that sealably engages the first engaging surface 138 and forms a seal between the first and second engaging surface 138, 132. An engagement force 97, 98, 99 may be applied to the rotary actuator 120 to maintain engagement between the first and second engagement surfaces 138, 132.

[0056] Para qualquer uma das modalidades anteriores, a válvula 110 pode incluir qualquer um dos elementos seguintes, individualmente ou em combinação um com o outro:[0056] For any of the previous embodiments, the valve 110 may include any of the following elements, individually or in combination with each other:

[0057] O coletor 62 pode incluir vários caminhos de fluxo 86A-C, a sede da válvula 130 pode incluir portas 140A-C que estão em comunicação fluida com os respectivos caminhos de fluxo 86A-C no coletor 62 e o atuador rotativo 120 pode incluir uma folga 116 que se alinha seletivamente com as respectivas portas da sede da válvula 140A-C quando o atuador rotativo 120 gira em relação à sede da válvula 130. Uma força de engate 97, 98, 99 pode ser criada por pelo menos um de um primeiro dispositivo de desvio 172, um segundo dispositivo de desvio 174 e um diferencial de pressão através do atuador rotativo 120. Pelo menos uma porção da força de engate 97, 98, 99 pode ser criada pelo primeiro dispositivo de desvio 172 atuando em um pistão de compensação 164, 170.[0057] Manifold 62 may include multiple flow paths 86A-C, valve seat 130 may include ports 140A-C that are in fluid communication with respective flow paths 86A-C in manifold 62, and rotary actuator 120 may include a gap 116 that selectively aligns with the respective valve seat ports 140A-C when the rotary actuator 120 rotates relative to the valve seat 130. An engagement force 97, 98, 99 may be created by at least one of a first bypass device 172, a second bypass device 174, and a pressure differential across the rotary actuator 120. At least a portion of the engagement force 97, 98, 99 may be created by the first bypass device 172 acting on a piston compensation 164, 170.

[0058] A válvula 110 pode incluir um volume vedado 182 dentro do alojamento da válvula 64, onde o pistão de compensação 164, 170 pode fornecer comunicação de pressão entre o volume vedado 182 e uma primeira passagem de fluxo 80, 176 externa ao volume vedado 182 e o primeiro dispositivo de desvio 172 atuando no pistão de compensação 164, 170 pode criar um diferencial de pressão entre a primeira passagem de fluxo e o volume vedado 182 aumentando uma pressão no volume vedado 182 por uma quantidade constante acima de uma pressão na primeira passagem de fluxo 80, 176 . A pressão aumentada no volume vedado 182 pode criar um diferencial de pressão através do atuador rotativo 120, criando assim a porção da força de engate 97, 98, 99. A primeira passagem de fluxo 80, 176 pode ser uma passagem de fluxo interna 80 de uma coluna de perfuração 30.[0058] Valve 110 may include a sealed volume 182 within the valve housing 64, where the compensating piston 164, 170 may provide pressure communication between the sealed volume 182 and a first flow passage 80, 176 external to the sealed volume 182 and the first bypass device 172 acting on the compensation piston 164, 170 can create a pressure differential between the first flow passage and the sealed volume 182 by increasing a pressure in the sealed volume 182 by a constant amount above a pressure in the first flow passage 80, 176 . The increased pressure in the sealed volume 182 may create a pressure differential across the rotary actuator 120, thereby creating portion of the engagement force 97, 98, 99. The first flow passage 80, 176 may be an internal flow passage 80 of a drill string 30.

[0059] A válvula 110 pode incluir uma tela 112 configurada para filtrar o fluido que flui de uma passagem de fluxo interna 80 de uma coluna de perfuração 30 para a válvula rotativa 110, em que a primeira passagem de fluxo 80, 176 é uma câmara 176 que está a jusante da tela 112. A tela 112 pode criar uma queda de pressão na tela 112 quando o fluido flui de uma passagem de fluxo interna 80 da coluna de perfuração 30 para a câmara 176, de modo que a pressão na câmara 176 seja menor que a pressão na passagem de fluxo interna 80. A tela 112 pode ser configurada para filtrar o fluido que flui de uma primeira passagem de fluxo 80 externa para a válvula rotativa 110 para uma câmara 176 na válvula rotativa 110 que está a jusante da tela 112, onde a tela 112 pode criar uma queda de pressão através da tela 112 quando o fluido flui da primeira passagem de fluxo 80 para a câmara 176, de modo que a pressão na câmara 176 seja menor que a pressão na primeira passagem de fluxo 80. A válvula 110 pode incluir um volume vedado 182 dentro do alojamento da válvula 64, onde um pistão de compensação 164, 170 pode fornecer comunicação de pressão entre o volume vedado 182 e a primeira passagem de fluxo 80, 176. A queda de pressão pode criar o diferencial de pressão através do atuador rotativo 120, criando assim pelo menos uma porção da força de engate 97, 98, 99.[0059] Valve 110 may include a screen 112 configured to filter fluid flowing from an internal flow passage 80 of a drill string 30 to the rotary valve 110, wherein the first flow passage 80, 176 is a chamber 176 which is downstream of the screen 112. The screen 112 may create a pressure drop in the screen 112 when fluid flows from an internal flow passage 80 of the drill string 30 into the chamber 176, so that the pressure in the chamber 176 is less than the pressure in the internal flow passage 80. The screen 112 may be configured to filter fluid flowing from a first external flow passage 80 to the rotary valve 110 to a chamber 176 in the rotary valve 110 that is downstream of the screen 112, wherein the screen 112 can create a pressure drop across the screen 112 when fluid flows from the first flow passage 80 to the chamber 176, such that the pressure in the chamber 176 is less than the pressure in the first flow passage 80. The valve 110 may include a sealed volume 182 within the valve housing 64, where a compensating piston 164, 170 may provide pressure communication between the sealed volume 182 and the first flow passage 80, 176. The pressure drop can create the pressure differential across the rotary actuator 120, thereby creating at least a portion of the engagement force 97, 98, 99.

[0060] Uma porção da força de engate 97, 98, 99 pode ser criada pelo segundo dispositivo de desvio 174 que atua no atuador rotativo 120. Um motor 69 com um eixo de transmissão 68 pode ser acoplado ao atuador rotativo 120 através do engate de um eixo estriado 106 com um cubo estriado 104, onde o cubo estriado 104 permite o movimento longitudinal do eixo estriado 106 em relação ao cubo estriado 104 e o cubo estriado 104 restringe o eixo estriado 106 de girar com o cubo estriado 104. O segundo dispositivo de desvio 174 pode ser posicionado entre o cubo estriado 104 e o eixo estriado 106 e o segundo dispositivo de desvio 174 pode aplicar uma força de desvio 98 ao eixo estriado 106 que impele o eixo estriado 106 a deslocar longitudinalmente no cubo estriado 104, criando assim a parte da força de engate 97, 98, 99.[0060] A portion of the engagement force 97, 98, 99 may be created by the second deflection device 174 acting on the rotary actuator 120. A motor 69 with a drive shaft 68 may be coupled to the rotary actuator 120 through the a splined shaft 106 with a splined hub 104, wherein the splined hub 104 permits longitudinal movement of the splined shaft 106 relative to the splined hub 104 and the splined hub 104 restricts the splined shaft 106 from rotating with the splined hub 104. The second device deflection device 174 may be positioned between the splined hub 104 and the splined shaft 106 and the second offset device 174 may apply a deflection force 98 to the splined shaft 106 which urges the splined shaft 106 to move longitudinally in the splined hub 104, thereby creating the part of the coupling force 97, 98, 99.

[0061] Uma extremidade 122 do atuador rotativo 120 pode incluir a primeira superfície de engate 138, em que a extremidade 122 é feita de um compósito de Diamante de carboneto de silício (ScD) e a força de engate 97, 98, 99 mantém o engate entre a primeira e a segunda superfície de engate 138, 132 durante um ou mais impactos na válvula rotativa 110. Os danos a qualquer uma das primeira e segunda superfícies de engate 138, 132 podem ser evitados quando o contato é mantido entre a primeira e a segunda superfícies de engate 138, 132. A sede da válvula 130 pode ser feita de um compósito de Diamante de carboneto de silício (ScD) e a força de engate 97, 98, 99 pode manter contato entre a primeira e a segunda superfície de engate 138, 132 durante um ou mais impactos na válvula rotativa 110.[0061] An end 122 of the rotary actuator 120 may include the first engaging surface 138, wherein the end 122 is made of a silicon carbide diamond (ScD) composite and the engaging force 97, 98, 99 maintains the engagement between the first and second engagement surfaces 138, 132 during one or more impacts on the rotary valve 110. Damage to either of the first and second engagement surfaces 138, 132 can be avoided when contact is maintained between the first and second engagement surfaces 138, 132. the second engagement surface 138, 132. The valve seat 130 may be made of a silicon carbide diamond (ScD) composite and the engagement force 97, 98, 99 may maintain contact between the first and second engagement surfaces. engagement 138, 132 during one or more impacts on the rotary valve 110.

[0062] Um sistema para direcionar uma broca de perfuração 102 com uma válvula rotativa 110 também é fornecido e pode incluir uma ferramenta de fundo de poço 100 interconectada em uma coluna de perfuração 30, a ferramenta de fundo de poço 100 incluindo várias almofadas extensíveis 152A- C que podem ser ativadas pelos respectivos atuadores 52A- C e a válvula rotativa 110 podem ativar seletivamente os atuadores 52A-C. A válvula rotativa 110 pode incluir um alojamento da válvula 64, um coletor 62, um atuador rotativo 120 com uma primeira superfície de engate 138, uma sede da válvula 130 com uma segunda superfície de engate 132 e uma força de engate 97, 98, 99 aplicada ao atuador rotativo 120, em que a força de engate 97, 98, 99 pode manter o engate entre a primeira e a segunda superfícies de engate 138, 132 e uma broca de perfuração 102 interconectada na extremidade da coluna de perfuração 30, em que a broca de perfuração 102 é direcionada devido à extensão e retração seletiva das almofadas extensíveis 152A-C controladas pela válvula rotativa 110.[0062] A system for directing a drill bit 102 with a rotary valve 110 is also provided and may include a downhole tool 100 interconnected in a drill string 30, the downhole tool 100 including a plurality of extendable pads 152A - C that can be activated by respective actuators 52A-C and the rotary valve 110 can selectively activate actuators 52A-C. The rotary valve 110 may include a valve housing 64, a manifold 62, a rotary actuator 120 with a first engagement surface 138, a valve seat 130 with a second engagement surface 132, and an engagement force 97, 98, 99 applied to the rotary actuator 120, wherein the engagement force 97, 98, 99 can maintain engagement between the first and second engagement surfaces 138, 132 and an interconnected drill bit 102 at the end of the drill string 30, wherein the drill bit 102 is steered due to the selective extension and retraction of the extendable pads 152A-C controlled by the rotary valve 110.

[0063] Para qualquer uma das modalidades anteriores, o sistema pode incluir qualquer um dos seguintes elementos, individualmente ou em combinação um com o outro: Pelo menos uma das sedes da válvula 130 e uma porção do atuador rotativo 120 podem ser feitas de um composto de Diamante de carboneto de silício (ScD).[0063] For any of the preceding embodiments, the system may include any of the following elements, individually or in combination with each other: At least one of the valve seats 130 and a portion of the rotary actuator 120 may be made of a composite Silicon Carbide Diamond (ScD).

[0064] A válvula rotativa 110 pode incluir um motor 69 que controla a rotação do atuador rotativo 120, causando assim a extensão e retração seletiva das almofadas extensíveis 152A-C. O motor 69 pode ser acoplado ao atuador rotativo 120 através de um eixo estriado 106 inserido em um cubo estriado 104, onde o eixo estriado 106 pode se mover longitudinalmente dentro do cubo estriado 104.[0064] The rotary valve 110 may include a motor 69 that controls the rotation of the rotary actuator 120, thereby causing selective extension and retraction of the extendable pads 152A-C. The motor 69 may be coupled to the rotary actuator 120 via a splined shaft 106 inserted into a splined hub 104, where the splined shaft 106 may move longitudinally within the splined hub 104.

[0065] A força de engate 97, 98, 99 pode ser parcialmente criada por pelo menos um de um primeiro dispositivo de desvio 172, um segundo dispositivo de desvio 174 e um diferencial de pressão através do atuador rotativo 120.[0065] The engagement force 97, 98, 99 may be partially created by at least one of a first bypass device 172, a second bypass device 174, and a pressure differential across the rotary actuator 120.

[0066] A válvula rotativa 110 pode incluir um volume vedado 182, em que o primeiro dispositivo de desvio 172 aplica uma pressão de compensação ao volume vedado 182 e mantém o volume vedado 182 a uma pressão elevada, em que a pressão elevada é elevada acima de uma pressão de passagem de fluxo 80, 176 pela quantidade de pressão de compensação e a passagem de fluxo 80, 176 é externa ao volume vedado 182. O volume vedado 182 pode conter um motor 69 e pode ser preenchido com óleo limpo 186, onde o óleo limpo 186 é mantido na pressão elevada. A pressão elevada do óleo limpo 186 pode produzir pelo menos uma porção da força de engate 97, 98, 99, criando um diferencial de pressão através do atuador rotativo 110.[0066] The rotary valve 110 may include a sealed volume 182, wherein the first bypass device 172 applies a compensating pressure to the sealed volume 182 and maintains the sealed volume 182 at an elevated pressure, wherein the elevated pressure is raised above of a flow passage pressure 80, 176 by the amount of compensation pressure and the flow passage 80, 176 is external to the sealed volume 182. The sealed volume 182 may contain an engine 69 and may be filled with clean oil 186, where clean oil 186 is maintained at high pressure. The elevated pressure of the clean oil 186 can produce at least a portion of the engagement force 97, 98, 99, creating a pressure differential across the rotary actuator 110.

[0067] O segundo dispositivo de desvio 174 pode ser posicionado entre um cubo estriado 104 e um eixo estriado 106 e o segundo dispositivo de desvio 174 pode atuar no eixo estriado 106 para produzir pelo menos uma porção da força de engate 97, 98, 99.[0067] The second deflection device 174 may be positioned between a splined hub 104 and a splined shaft 106 and the second deflection device 174 may act on the splined shaft 106 to produce at least a portion of the engagement force 97, 98, 99 .

[0068] O fluido 77 que entra na válvula rotativa 110 a partir de uma passagem de fluxo 80 da coluna de perfuração 30 pode passar através de uma tela 112 que pode criar uma queda de pressão no fluido 77 que causa um diferencial de pressão através do atuador rotativo 120 e produz pelo menos um parte da força de engate 97, 98, 99.[0068] Fluid 77 entering the rotary valve 110 from a flow passage 80 of the drill string 30 may pass through a screen 112 which may create a pressure drop in the fluid 77 that causes a pressure differential across the rotary actuator 120 and produces at least a portion of the engagement force 97, 98, 99.

[0069] Um método para manter o engate entre as superfícies 138, 132 em uma válvula rotativa 110 também é fornecido e pode incluir a montagem de uma válvula rotativa 110 em uma ferramenta de fundo de poço 100, onde a válvula rotativa 110 pode incluir um alojamento da válvula 64, um coletor 62, um atuador rotativo 120 com uma primeira superfície de engate 138 e uma sede da válvula 130 com uma segunda superfície de engate 132. A aplicação de uma força de engate 97, 98, 99 ao atuador rotativo 120, mantendo assim o engate entre a primeira e a segunda superfícies de engate 138, 132.[0069] A method for maintaining engagement between surfaces 138, 132 on a rotary valve 110 is also provided and may include mounting a rotary valve 110 on a downhole tool 100, where the rotary valve 110 may include a valve housing 64, a manifold 62, a rotary actuator 120 with a first engagement surface 138, and a valve seat 130 with a second engagement surface 132. Applying an engagement force 97, 98, 99 to the rotary actuator 120 , thus maintaining engagement between the first and second engagement surfaces 138, 132.

[0070] Para qualquer uma das modalidades anteriores, o sistema pode incluir qualquer um dos seguintes elementos, individualmente ou em combinação um com o outro: A válvula rotativa 110 pode incluir um pistão de compensação 164, 170 e um volume vedado 182, em que o pistão de compensação 164, 170 fornece comunicação de pressão entre o volume vedado 182 e uma passagem de fluxo 80, 176 externa ao volume vedado 182. O desvio do pistão de compensação 164, 170 com um dispositivo de desvio 172 pode elevar a pressão no volume vedado 182 por uma quantidade de pressão de compensação acima da pressão na passagem de fluxo externa 80, 176. Criação de um diferencial de pressão através do atuador rotativo 120 devido à pressão elevada no volume vedado 182 e produção de pelo menos uma porção da força de engate 97, 98, 99 devido à pressão elevada.[0070] For any of the above embodiments, the system may include any of the following elements, individually or in combination with each other: Rotary valve 110 may include a compensating piston 164, 170 and a sealed volume 182, wherein The compensation piston 164, 170 provides pressure communication between the sealed volume 182 and a flow passage 80, 176 external to the sealed volume 182. Bypassing the compensation piston 164, 170 with a bypass device 172 can raise the pressure in the sealed volume 182 by an amount of compensation pressure above the pressure in the external flow passage 80, 176. Creating a pressure differential across the rotary actuator 120 due to the elevated pressure in the sealed volume 182 and producing at least a portion of the force coupling 97, 98, 99 due to high pressure.

[0071] A válvula rotativa 110 pode incluir um eixo de transmissão 68 acoplado ao atuador rotativo 120 através de um eixo estriado 106 inserido em um cubo estriado 104, onde um dispositivo de desvio 174 pode ser posicionado entre o cubo estriado 104 e o eixo estriado 106. Pelo menos uma porção da força de engate 97, 98, 99 pode ser produzida pelo dispositivo de desvio 174.[0071] The rotary valve 110 may include a transmission shaft 68 coupled to the rotary actuator 120 through a splined shaft 106 inserted into a splined hub 104, where a bypass device 174 may be positioned between the splined hub 104 and the splined shaft. 106. At least a portion of the engagement force 97, 98, 99 may be produced by the deflection device 174.

[0072] A válvula rotativa 110 pode incluir uma tela 112, em que o fluido 77 que flui através da tela 112 cria uma queda de pressão no fluxo de fluido e pelo menos uma porção da força de engate 97, 98, 99 é produzida pela queda de pressão no fluido fluxo. A força de engate 97, 98, 99 pode ser realizada na superfície 16 e/ou no fundo de poço em um furo de poço 12. Embora tenham sido mostradas e descritas várias modalidades, a divulgação não está limitada a tais modalidades e será entendido que ela inclui todas as modificações e variações, como seria evidente para um versado na técnica. Portanto, deve ser entendido que a divulgação não se destina a ser limitada às formas particulares divulgadas; em vez disso, a intenção é cobrir todas as modificações, equivalentes e alternativas que caiam dentro do espírito e âmbito da divulgação, conforme definido pelas reivindicações anexas.[0072] The rotary valve 110 may include a screen 112, wherein fluid 77 flowing through the screen 112 creates a pressure drop in the fluid flow and at least a portion of the engagement force 97, 98, 99 is produced by the pressure drop in the flowing fluid. The engagement force 97, 98, 99 may be realized at the surface 16 and/or at the bottom of the wellbore 12. Although various embodiments have been shown and described, the disclosure is not limited to such embodiments and it will be understood that it includes all modifications and variations, as would be evident to one skilled in the art. Therefore, it should be understood that disclosure is not intended to be limited to the particular forms disclosed; rather, the intent is to cover all modifications, equivalents and alternatives that fall within the spirit and scope of the disclosure as defined by the appended claims.

Claims (19)

1. Válvula rotativa (110), caracterizada pelo fato de que compreende: um alojamento da válvula (64); um coletor (62) montado no alojamento da válvula (64); um atuador rotativo (120) montado rotativamente dentro do alojamento da válvula (64), com o atuador rotativo (120) tendo uma primeira superfície de engate (138); e uma sede da válvula (130) que está acoplada ao coletor (62), a sede da válvula (130) tendo uma segunda superfície de engate (132) que engata de maneira vedada na primeira superfície de engate (138), em que uma força de engate (97, 98, 99) é aplicada ao atuador rotativo (120) para manter o engate entre a primeira e a segunda superfícies de engate (138, 132), em que pelo menos uma porção da força de engate (97, 98, 99) é criada por um primeiro dispositivo de desvio (172) atuando em um pistão de compensação (164, 170).1. Rotary valve (110), characterized by the fact that it comprises: a valve housing (64); a manifold (62) mounted in the valve housing (64); a rotary actuator (120) rotatably mounted within the valve housing (64), with the rotary actuator (120) having a first engagement surface (138); and a valve seat (130) which is coupled to the manifold (62), the valve seat (130) having a second engagement surface (132) which sealably engages the first engagement surface (138), wherein a engagement force (97, 98, 99) is applied to the rotary actuator (120) to maintain engagement between the first and second engagement surfaces (138, 132), wherein at least a portion of the engagement force (97, 98, 99) is created by a first bypass device (172) acting on a compensation piston (164, 170). 2. Válvula (110) de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a força de engate (97, 98, 99) é criada por pelo menos um de um segundo dispositivo de desvio (174) e um diferencial de pressão através do atuador rotativo (120); e em que o coletor (62) inclui vários caminhos de fluxo, em que a sede da válvula (130) compreende ainda portas (140A-C) que estão em comunicação fluida com os respectivos caminhos do fluxo no coletor (62), e em que o atuador rotativo (120) compreende ainda um espaço (116) que se alinha seletivamente com as respectivas portas da sede da válvula (140A-C) à medida que o atuador rotativo (120) gira em relação à sede da válvula (130).2. Valve (110) according to claim 1, characterized in that the engagement force (97, 98, 99) is created by at least one of a second bypass device (174) and a pressure differential across of the rotary actuator (120); and wherein the manifold (62) includes a plurality of flow paths, wherein the valve seat (130) further comprises ports (140A-C) that are in fluid communication with the respective flow paths in the manifold (62), and wherein that the rotary actuator (120) further comprises a space (116) that selectively aligns with respective valve seat ports (140A-C) as the rotary actuator (120) rotates relative to the valve seat (130). . 3. Válvula (110) de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que compreende ainda um volume vedado (82) dentro do alojamento da válvula (64), em que o pistão de compensação (164, 170) fornece comunicação de pressão entre o volume vedado (82) e uma primeira passagem de fluxo (80, 176) externa ao volume vedado (82), e em que o primeiro dispositivo de desvio (172) que atua no pistão de compensação (164, 170) cria um diferencial de pressão entre a primeira passagem de fluxo (80, 176) e o volume vedado (82) aumentando uma pressão no volume vedado (82) por uma quantidade constante acima de uma pressão na primeira passagem de fluxo (80, 176); em que a pressão aumentada no volume vedado (82) cria um diferencial de pressão através do atuador rotativo (120), criando assim a porção da força de engate (97, 98, 99); em que a primeira passagem de fluxo (80, 176) é uma passagem de fluxo interna de uma coluna de perfuração (30); em que a válvula compreende ainda uma tela (112) configurada para filtrar fluido que flui de uma passagem de fluxo interna de uma coluna de perfuração para a válvula rotativa (110), em que a primeira passagem de fluxo é uma câmara (176) que está a jusante da tela (112); e em que a tela (112) cria uma queda de pressão através da tela (112) quando fluido flui de uma passagem de fluxo interna (80) da coluna de perfuração (30) para a câmara (176) de modo que a pressão na câmara (176) seja menor que a pressão na passagem de fluxo interna (80).3. Valve (110) according to claim 1, characterized in that it further comprises a sealed volume (82) within the valve housing (64), wherein the compensation piston (164, 170) provides pressure communication between the sealed volume (82) and a first flow passage (80, 176) external to the sealed volume (82), and wherein the first bypass device (172) acting on the compensation piston (164, 170) creates a pressure differential between the first flow passage (80, 176) and the sealed volume (82) increasing a pressure in the sealed volume (82) by a constant amount above a pressure in the first flow passage (80, 176); wherein the increased pressure in the sealed volume (82) creates a pressure differential across the rotary actuator (120), thereby creating portion of the engagement force (97, 98, 99); wherein the first flow passage (80, 176) is an internal flow passage of a drill string (30); wherein the valve further comprises a screen (112) configured to filter fluid flowing from an internal flow passage of a drill string to the rotary valve (110), wherein the first flow passage is a chamber (176) that is downstream of the screen (112); and wherein the screen (112) creates a pressure drop across the screen (112) when fluid flows from an internal flow passage (80) of the drill string (30) to the chamber (176) such that the pressure in the chamber (176) is less than the pressure in the internal flow passage (80). 4. Válvula (110) de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de que compreende ainda uma tela (112) configurada para filtrar fluido que flui de uma primeira passagem de fluxo externa à válvula rotativa (110) para uma câmara (176) na válvula rotativa (110) que está a jusante da tela (112), em que a tela (112) cria uma queda de pressão através da tela (112) quando fluido flui da primeira passagem de fluxo para a câmara (176) de modo que a pressão na câmara (176) seja menor que a pressão na primeira passagem de fluxo (80).4. Valve (110) according to claim 2, characterized in that it further comprises a screen (112) configured to filter fluid flowing from a first flow passage external to the rotary valve (110) into a chamber (176) on the rotary valve (110) which is downstream of the screen (112), wherein the screen (112) creates a pressure drop across the screen (112) when fluid flows from the first flow passage into the chamber (176) so that the pressure in the chamber (176) is lower than the pressure in the first flow passage (80). 5. Válvula (110) de acordo com a reivindicação 4, caracterizada pelo fato de que compreende ainda um volume vedado (82) dentro do alojamento da válvula (64), em que um pistão de compensação (164, 170) fornece comunicação de pressão entre o volume vedado (82) e a primeira passagem de fluxo (80, 176); e/ ou em que a queda de pressão cria o diferencial de pressão através do atuador rotativo (120), criando assim pelo menos uma porção da força de engate (97, 98, 99).5. Valve (110) according to claim 4, characterized in that it further comprises a sealed volume (82) within the valve housing (64), wherein a compensating piston (164, 170) provides pressure communication between the sealed volume (82) and the first flow passage (80, 176); and/or wherein the pressure drop creates the pressure differential across the rotary actuator (120), thereby creating at least a portion of the engagement force (97, 98, 99). 6. Válvula (110) de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de que pelo menos uma porção da força de engate (97, 98, 99) é criada pelo segundo dispositivo de desvio (174) que atua no atuador rotativo (120); compreendendo ainda um motor (69) com um eixo de transmissão (68) acoplado ao atuador rotativo (120) através do engate de um eixo estriado (106) com um cubo estriado (104), em que o cubo estriado (104) permite o movimento longitudinal do eixo estriado (106) em relação ao cubo estriado (104), e em que o cubo estriado (104) restringe o eixo estriado (106) de girar com o cubo estriado (104); e em que o segundo dispositivo de desvio (174) é posicionado entre o cubo estriado (104) e o eixo estriado (106), e o segundo dispositivo de desvio (174) aplica uma força de desvio ao eixo estriado (106) que impele o eixo estriado (106) a deslocar longitudinalmente no cubo estriado (104), criando assim a porção da força de engate (97, 98, 99).6. Valve (110) according to claim 2, characterized by the fact that at least a portion of the engagement force (97, 98, 99) is created by the second bypass device (174) acting on the rotary actuator (120 ); further comprising a motor (69) with a transmission shaft (68) coupled to the rotary actuator (120) through engagement of a splined shaft (106) with a splined hub (104), wherein the splined hub (104) allows the longitudinal movement of the splined shaft (106) relative to the splined hub (104), and wherein the splined hub (104) restricts the splined shaft (106) from rotating with the splined hub (104); and wherein the second deflection device (174) is positioned between the splined hub (104) and the splined shaft (106), and the second deflection device (174) applies a deflection force to the splined shaft (106) which impels the splined shaft (106) moving longitudinally in the splined hub (104), thus creating the portion of the engagement force (97, 98, 99). 7. Válvula (110) de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que uma extremidade (122) do atuador rotativo (120) inclui a primeira superfície de engate (138), em que a extremidade (122) é feita de um compósito de diamante de carboneto de silício (ScD), e em que a força de engate (97, 98, 99) mantém o engate entre a primeira e a segunda superfícies de engate (138, 132) durante um ou mais impactos na válvula rotativa (110); e em que os danos a uma das primeira e segunda superfícies de engate (138, 132) são impedidos quando o contato é mantido entre a primeira e a segunda superfícies de engate (138, 132).7. Valve (110) according to claim 1, characterized in that an end (122) of the rotary actuator (120) includes the first engaging surface (138), wherein the end (122) is made of a silicon carbide diamond (ScD) composite, and wherein the engagement force (97, 98, 99) maintains engagement between the first and second engagement surfaces (138, 132) during one or more impacts on the rotary valve (110); and wherein damage to one of the first and second engaging surfaces (138, 132) is prevented when contact is maintained between the first and second engaging surfaces (138, 132). 8. Válvula (110) de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a sede da válvula (130) é feita de um compósito de diamante de carboneto de silício (ScD), e em que a força de engate (97, 98, 99) mantém contato entre a primeira e a segunda superfícies de engate (138, 132) durante um ou mais impactos na válvula rotativa (110); e em que os danos a uma das primeira e segunda superfícies de engate (138, 132) são impedidos quando é mantido contato entre a primeira e a segunda superfícies de engate (138, 132).8. Valve (110) according to claim 1, characterized by the fact that the valve seat (130) is made of a silicon carbide diamond (ScD) composite, and wherein the engagement force (97. 98, 99) maintains contact between the first and second engagement surfaces (138, 132) during one or more impacts on the rotary valve (110); and wherein damage to one of the first and second engaging surfaces (138, 132) is prevented when contact is maintained between the first and second engaging surfaces (138, 132). 9. Sistema para direcionar uma broca de perfuração com uma válvula rotativa (110), caracterizado pelo fato de que compreende: uma ferramenta de fundo de poço (100) interconectada em uma coluna de perfuração (30), a ferramenta de fundo de poço (100) compreendendo: várias almofadas extensíveis (152A-C) que são ativadas por respectivos atuadores, e a válvula rotativa (110) que ativa seletivamente os atuadores, a válvula rotativa (110) compreendendo: um alojamento da válvula (64), um coletor (62), um atuador rotativo (120) com uma primeira superfície de engate (138), uma sede da válvula (130) com uma segunda superfície de engate (132), e uma força de engate (97, 98, 99) aplicada ao atuador rotativo (120), em que a força de engate (97, 98, 99) mantém o engate entre a primeira e a segunda superfícies de engate (138, 132), em que pelo menos uma porção da força de engate (97, 98, 99) é criada por um primeiro dispositivo de desvio (172) atuando em um pistão de compensação (164, 170); e a broca de perfuração interconectada em uma extremidade da coluna de perfuração, em que a broca de perfuração é direcionada devido à extensão e retração seletiva das almofadas extensíveis (152A-C) que são controladas pela válvula rotativa (110).9. System for directing a drill bit with a rotary valve (110), characterized in that it comprises: a downhole tool (100) interconnected in a drill string (30), the downhole tool ( 100) comprising: a plurality of extendable pads (152A-C) which are activated by respective actuators, and the rotary valve (110) which selectively activates the actuators, the rotary valve (110) comprising: a valve housing (64), a manifold (62), a rotary actuator (120) with a first engagement surface (138), a valve seat (130) with a second engagement surface (132), and an engagement force (97, 98, 99) applied to the rotary actuator (120), wherein the engagement force (97, 98, 99) maintains engagement between the first and second engagement surfaces (138, 132), wherein at least a portion of the engagement force (97 , 98, 99) is created by a first bypass device (172) acting on a compensation piston (164, 170); and the drill bit interconnected at one end of the drill string, wherein the drill bit is directed due to the selective extension and retraction of the extendable pads (152A-C) which are controlled by the rotary valve (110). 10. Sistema de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma da sede da válvula (130) e pelo menos uma porção do atuador rotativo (120) são feitas de um compósito de diamante de carboneto de silício (ScD).10. System according to claim 9, characterized by the fact that at least one of the valve seat (130) and at least a portion of the rotary actuator (120) are made of a silicon carbide diamond (ScD) composite. . 11. Sistema de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a válvula rotativa (110) compreende ainda um motor (69), e em que o motor (69) controla a rotação do atuador rotativo (120) e, assim, a extensão e retração seletiva das almofadas extensíveis (152A-C); em que o motor (69) é acoplado ao atuador rotativo (120) por meio de um eixo estriado (106) inserido em um cubo estriado (104), e em que o eixo estriado (106) pode se mover longitudinalmente dentro do cubo estriado (104).11. System according to claim 9, characterized by the fact that the rotary valve (110) further comprises a motor (69), and wherein the motor (69) controls the rotation of the rotary actuator (120) and, thus, the selective extension and retraction of the extendable pads (152A-C); wherein the motor (69) is coupled to the rotary actuator (120) by means of a splined shaft (106) inserted into a splined hub (104), and wherein the splined shaft (106) can move longitudinally within the splined hub (104). 12. Sistema de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a força de engate (97, 98, 99) é pelo menos parcialmente criada por pelo menos um de um segundo dispositivo de desvio (174) e um diferencial de pressão através do atuador rotativo (120).12. System according to claim 9, characterized by the fact that the engagement force (97, 98, 99) is at least partially created by at least one of a second bypass device (174) and a pressure differential across of the rotary actuator (120). 13. Sistema de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que a válvula rotativa (110) compreende ainda um volume vedado (82), em que o primeiro dispositivo de desvio (172) aplica uma pressão de compensação ao volume vedado (82) e mantém o volume vedado (82) a uma pressão elevada, em que a pressão elevada é elevada acima de uma pressão de passagem de fluxo pela quantidade de pressão de compensação, e em que a passagem de fluxo é externa ao volume vedado (82).13. System according to claim 12, characterized by the fact that the rotary valve (110) further comprises a sealed volume (82), wherein the first bypass device (172) applies a compensation pressure to the sealed volume (82 ) and maintains the sealed volume (82) at an elevated pressure, wherein the elevated pressure is raised above a flow passage pressure by the amount of compensation pressure, and wherein the flow passage is external to the sealed volume (82 ). 14. Sistema de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que o volume vedado (82) contém um motor e é preenchido com óleo limpo, e em que o óleo limpo é mantido na pressão elevada; e/ ou em que a pressão elevada do óleo limpo produz pelo menos uma porção da força de engate (97, 98, 99) criando um diferencial de pressão através do atuador rotativo (120).14. System according to claim 13, characterized by the fact that the sealed volume (82) contains a motor and is filled with clean oil, and in which the clean oil is maintained at elevated pressure; and/or wherein the high pressure of the clean oil produces at least a portion of the engagement force (97, 98, 99) creating a pressure differential across the rotary actuator (120). 15. Sistema de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o segundo dispositivo de desvio (174) está posicionado entre um cubo estriado (104) e um eixo estriado (106), e em que o segundo dispositivo de desvio (174) atua no eixo estriado (106) para produzir pelo menos uma porção da força de engate (97, 98, 99); e/ ou em que fluido que entra na válvula rotativa (110) a partir de uma passagem de fluxo da coluna de perfuração passa através de uma tela (112) que cria uma queda de pressão no fluido, e em que essa queda de pressão causa um diferencial de pressão através do atuador rotativo (120) e, assim, produz pelo menos uma porção da força de engate (97, 98, 99).15. System according to claim 12, characterized by the fact that the second deflection device (174) is positioned between a splined hub (104) and a splined shaft (106), and wherein the second deflection device (174 ) acts on the splined shaft (106) to produce at least a portion of the engagement force (97, 98, 99); and/or wherein fluid entering the rotary valve (110) from a drill string flow passage passes through a screen (112) which creates a pressure drop in the fluid, and wherein this pressure drop causes a pressure differential across the rotary actuator (120) and thus produces at least a portion of the engagement force (97, 98, 99). 16. Método para manter o engate entre superfícies em uma válvula rotativa (110), caracterizado pelo fato de que o método compreende: montar uma válvula rotativa (110) em uma ferramenta de fundo de poço, a válvula rotativa (110) compreendendo: um alojamento da válvula (64), um coletor (62), o atuador rotativo (120) com uma primeira superfície de engate (138), e uma sede da válvula (130) com uma segunda superfície de engate (132); e aplicar uma força de engate (97, 98, 99) ao atuador rotativo (120), mantendo assim o engate entre a primeira e a segunda superfícies de engate (138, 132), em que pelo menos uma porção da força de engate (97, 98, 99) é criada por um primeiro dispositivo de desvio (172) atuando em um pistão de compensação (164, 170).16. Method for maintaining engagement between surfaces in a rotary valve (110), characterized in that the method comprises: mounting a rotary valve (110) on a downhole tool, the rotary valve (110) comprising: a valve housing (64), a manifold (62), the rotary actuator (120) with a first engagement surface (138), and a valve seat (130) with a second engagement surface (132); and applying an engagement force (97, 98, 99) to the rotary actuator (120), thereby maintaining engagement between the first and second engagement surfaces (138, 132), wherein at least a portion of the engagement force ( 97, 98, 99) is created by a first bypass device (172) acting on a compensation piston (164, 170). 17. Método de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que a válvula rotativa (110) compreende ainda um pistão de compensação (164, 170) e um volume vedado (82), e em que o pistão de compensação (164, 170) fornece comunicação de pressão entre o volume vedado (82) e uma passagem de fluxo (80, 176) externa ao volume vedado (82); compreendendo ainda desviar o pistão de compensação (164, 170) com um dispositivo de desvio, elevando assim a pressão no volume vedado (82) por uma quantidade de pressão de compensação acima da pressão na passagem de fluxo externa; e compreendendo ainda criar um diferencial de pressão através do atuador rotativo (120) devido à pressão elevada no volume vedado (82) e produzir pelo menos uma porção da força de engate devido à pressão elevada.17. Method according to claim 16, characterized in that the rotary valve (110) further comprises a compensation piston (164, 170) and a sealed volume (82), and wherein the compensation piston (164, 170) 170) provides pressure communication between the sealed volume (82) and a flow passage (80, 176) external to the sealed volume (82); further comprising deflecting the compensation piston (164, 170) with a bypass device, thereby raising the pressure in the sealed volume (82) by an amount of compensation pressure above the pressure in the external flow passage; and further comprising creating a pressure differential across the rotary actuator (120) due to the elevated pressure in the sealed volume (82) and producing at least a portion of the engagement force due to the elevated pressure. 18. Método de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que a válvula rotativa (110) compreende ainda um eixo de transmissão acoplado ao atuador rotativo (120) por meio de um eixo estriado (106) inserido em um cubo estriado (104), e em que um dispositivo de desvio é posicionado entre o cubo estriado (104) e o eixo estriado (106); e compreendendo ainda produzir pelo menos uma porção da força de engate (97, 98, 99) devido ao dispositivo de desvio.18. Method according to claim 16, characterized by the fact that the rotary valve (110) further comprises a transmission shaft coupled to the rotary actuator (120) by means of a splined shaft (106) inserted into a splined hub (104 ), and wherein a deflection device is positioned between the splined hub (104) and the splined shaft (106); and further comprising producing at least a portion of the engagement force (97, 98, 99) due to the deflection device. 19. Método de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que a válvula rotativa (110) compreende ainda uma tela (112), em que o fluido que flui através da tela (112) cria uma queda de pressão no fluxo de fluido, e em que pelo menos uma porção da força de engate (97, 98, 99) é produzida pela queda de pressão no fluxo de fluido; e/ou em que a aplicação da força de engate (97, 98, 99) é realizada na superfície e/ou no fundo de poço em um poço.19. Method according to claim 16, characterized in that the rotary valve (110) further comprises a screen (112), wherein the fluid flowing through the screen (112) creates a pressure drop in the fluid flow , and wherein at least a portion of the engagement force (97, 98, 99) is produced by the pressure drop in the fluid flow; and/or in which the application of the engagement force (97, 98, 99) is carried out at the surface and/or at the bottom of the well in a well.
BR112019026950-9A 2017-07-17 ROTARY VALVE, SYSTEM FOR DIRECTING A DRILL DRILL WITH A ROTARY VALVE, AND, METHOD FOR MAINTAINING ENGAGEMENT BETWEEN SURFACES IN A ROTARY VALVE BR112019026950B1 (en)

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