BRPI0902000A2 - dispositivo e processo de perfuração - Google Patents

Abstract

DISPOSITIVO E PROCESSO DE PERFURAçãO. A presente invenção refere-se a um processo de perfuração, no qual um elemento de perfuração é acionado giratoriamente por meio de um acionamento de perfuração, sendo deslocado ao longo de um poste, sendo que o elemento de perfuração possui uma broca sem-fim, disposta sob o acionamento de perfuração, apresentando uma extensão, unida com a broca sem-fim, estendendo-se em sentido ascendente transfixando do acionamento de perfuração. De acordo com a invenção, entre a broca helicoidal semfim e o prolongamento está integrado um cabeçote de deslocamento, pelo qual a terra é forçosamente deslocada para uma parede do poço.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "DISPOSITIVO E PROCESSO DE PERFURAÇÃO".

A presente invenção se refere-se a um dispositivo de perfuraçãocom um poste, um acionamento de perfuração ali montado deslocável e umelemento de perfuração, acionado giratoriamente pelo acionamento de per-furação e deslocável ao longo do citado poste, sendo que o elemento de per-furação possui uma broca tipo sem-fim, disposta abaixo do acionamento deperfuração, apresentando uma extensão, unida com o a broca sem-fim, es-tendendo-se em sentido ascendente, transfixando o acionamento de perfuração.

Além disso, a invenção abrange um processo de perfuração, noqual um elemento de perfuração é acionado giratoriamente por meio de umacionamento de perfuração, sendo deslocado ao logo de um poste, sendoque o elemento de perfuração possui uma broca sem-fim, disposta sob oacionamento de perfuração, apresentando uma extensão, unida com a brocasem-fim, estendendo-se em sentido ascendente através do acionamento deperfuração.

Para fazer perfurações e, especialmente, para produzir estacasde fundamentos, o emprego das chamadas brocas sem-fim é conhecidodesde longa data. No caso de uma broca helicoidal sem-fim, acompanhandotoda a extensão da barra da broca está previsto uma espiral de perfuração,através da qual o material removido na Perfuração é transportado até a su-perfície, abandonando a perfuração pelo movimento rotativo. Neste proces-so, a broca helicoidal sem-fim é acionada através de um mecanismo de per-furacão, pelo qual a broca helicoidal sem-fim também é deslocada na dire-ção da perfuração ao longo de um poste, comumente em posição vertical.Neste conhecido processo, a profundidade da perfuração é limitada pelocomprimento da broca helicoidal sem-fim e pela altura do poste.

Para aumentar a profundidade da perfuração além do compri-mento do poste, ou seja, do comprimento da broca helicoidal sem-fim , pas-sou a ser conhecido da DE 601 02 255 T2 ou da EP 1 614 853 B1 prever nolado superior da broca helicoidal sem-fim uma barra de extensão, a qual seestende em sentido ascendente através do acionamento da broca.

A profundidade da perfuração pode, assim, ser ampliada aproxi-madamente pelo comprimento da barra de extensão.

Conforme o funcionamento, todavia, não é possível montar nabarra de extensão uma espiral de transporte. Na perfuração de um poço, aterra removida ao longo da broca helicoidal sem-fim não mais poderá sertransportada pelas espirais de transporte até a superfície. Esta terra se acu-mula, portanto, na perfuração acima da broca helicoidal sem-fim , na área dabarra de extensão. Isto pode resultar em uma compactação indesejada oubloqueio da perfuração, o que dificulta a subsequente a remoção da brocado poço. Além disso, na região poderá vir a ser destruída a parede do poço,o que pode ter reflexos negativos para a produção de um elemento de fun-dação no poço pelo enchimento com um material de enchimento. Para evitarestas ocorrência, a broca terá de ser extraída do poço em forma intermiten-te, a fim de remover a terra. Isto implica em dispêndio de tempo.

A presente invenção tem como objeto indicar um dispositivo eum processo de perfuração, por meio dos quais poços podem ser produzi-dos por broca helicoidal sem-fim também por todo o comprimento da brocahelicoidal sem-fim , de modo eficiente e de boa qualidade.

A tarefa será solucionada conforme a invenção por um dispositi-vo de perfuração com as características da reivindicação 1 e por um proces-so de perfuração com as características da reivindicação 11. Formas de rea-lização preferida são indicadas nas respectivamente reivindicações depen-dentes.

O dispositivo de perfuração conforme a invenção, caracteriza-sepelo fato de que entre a broca helicoidal sem-fim e o prolongamento estáintegrado um cabeçote de deslocamento.

Na escavação do poço, ultrapassando o comprimento da brocahelicoidal sem-fim , a terra transportada para cima será deslocada acima dabroca helicoidal sem-fim pelo cabeçote de deslocamento lateralmente naparede do poço. Portanto, não mais poderá haver acúmulo de terra dentrodo poço, resultando em um bloqueio. Ao contrário, a terra será lateralmentedeslocada pelo cabeçote de deslocamento, sendo que, de forma positiva, aparede do poço é compactada e adicionalmente estabilizada. Isto aprimora aestabilidade e qualidade do poço, sendo que se reage ativamente contra umrompimento do poço. Desta maneira, com a broca de acordo com a presenteinvenção, o poço pode ser escavado em um movimento ao longo da brocahelicoidal sem-fim, até que tenha sido alcançado o fim do prolongamento.Isto acelera consideravelmente a formação de um poço com maiores pro-fundidades ,e,além disso, será reduzida a quantidade da terra a ser removi-da. Basicamente, a extensão poderá ter configuração aleatória.

Especialmente, o prolongamento poderá ser uma barra telescó-pica ou uma barra, composta de vários segmentos. É especialmente preferi-do, de acordo com a invenção, que a extensão seja configurada como umabarra de comando (kelly) com filetes de arraste na sua face externa. Os file-tes de arraste na face externa da barra geralmente inteiriça estão em cone-xão atuante com arrastes correspondentes de um conjunto de acionamentodo acionamento da broca, a fim de transferir um torque do acionamento dabroca para a extensão. Os filetes de arraste estão dispostos paralelamentepara com o eixo de perfuração, de maneira que permitem um deslocamentoaxial pelo acionamento da perfuração, confirmado em sentido anelar. Paratransferir forças axiais desde o acionamento da broca para o prolongamento,podem ser previstos os chamados bolsões de bloqueio com segmentos defiletes transversais.

Para alcançar profundidades de perfuração bastante acentua-das, conforme a presente invenção, o comprimento da broca helicoidal sem-fim corresponde aproximadamente ao comprimento do poste ou de um per-curso de deslocamento máximo do acionamento da broca. Desta maneirapoderá ser aproveitado, inicialmente, o curso máximo do acionamento dabroca, deslocável ao longo do poste. Assim sendo, inicialmente poderá serproduzido, de forma eficiente, um poço com uma profundidade correspon-dendo ao comprimento da broca helicoidal sem-fim.

Para produzir um elemento de fundação, é vantajoso, conformea invenção, que a broca helicoidal sem-fim e/ou o prolongamento apresen-tem um tubo de alma. Para tanto, na extremidade inferior da broca helicoidalsem-fim estão previstas uma ou várias aberturas de descarga. Portanto, coma retração da broca helicoidal sem-fim do poço, este poderá simultaneamen-te ser enchido por baixo. Para este fim, na extremidade inferior da broca he-licoidal sem-fim estão previstas uma ou várias aberturas de descarga. Assimsendo, com o movimento de retração da broca helicoidal sem-fim do poço,simultaneamente o poço poderá ser enchido por baixo.

Na broca de acordo com a invenção poderão ser empregados osmais diversos tipos de cabeçotes de deslocamento. Assim, podem ser usa-dos cabeçotes de deslocamento de simetria rotativa, cabeçotes de desloca-mento excêntricos em relação ao eixo de perfuração ou outros tipos de ca-beçotes de deslocamento, dispostos entre o prolongamento e a broca heli-coidal sem-fim.

É especialmente preferido de acordo com a invenção que o ca-beçote de deslocamento apresente um segmento de deslocamento cilíndri-co, cujo diâmetro corresponde, aproximadamente, ao diâmetro da perfura-ção. O diâmetro da perfuração será predeterminado pelo diâmetro externodos sem-fins de perfuração na broca helicoidal sem-fim, ou seja, por arestasde corte radiais correspondentes, previstas na extremidade inferior da brocahelicoidal sem-fim. O segmento do deslocamento pode ser pouco menor outambém maior do que este diâmetro de perfuração, dependendo das quali-dades do solo. Um diâmetro igual será vantajoso, já que isto simplifica tantoa introdução do cabeçote de deslocamento no poço, como também a extra-ção da broca helicoidal sem-fim do poço.

De acordo com a invenção é vantajoso no caso que o cabeçotede deslocamento apresente um segmento cônico inferior, cujo diâmetro sealarga do diâmetro de um tubo central da broca em sentido ascendente parao diâmetro do segmento de deslocamento. Desta maneira, torna-se possívelum deslocamento progressivo para dentro da parede do poço da terra trans-portada para cima, na direção do cabeçote de deslocamento. Também seráfacilitada a introdução do cabeçote de deslocamento para dentro do poço.

De acordo com a invenção, isto é ainda aprimorado pelo fato deque no segmento cônico inferior, está disposta uma espiral inferior, pelaqual, durante a perfuração, pode ser transportada terra em sentido ascen-dente para o segmento de deslocamento. Esta espiral inferior estende-se,portanto, na face externa cônica do segmento de deslocamento e possui amesma direção de transporte da espiral de transporte da broca helicoidalsem-fim.

Além disso, segundo a invenção o cabeçote de deslocamentoapresenta um segmento cônico superior, cujo diâmetro se estreita do diâme-tro do segmento de deslocamento, em direção ascendente na direção dodeslocamento. Esta disposição permite que também material em queda decima para o cabeçote de deslocamento, possa ser conduzido até a zona dedeslocamento do segmento de deslocamento.

Conforme a invenção, este efeito é ainda reforçado pelo fato deque no segmento cônico superior está disposta uma espiral superior, pelaqual, durante a escavação, a terra pode ser transportada para baixo, na di-reção do segmento de deslocamento. Está espiral possui, portanto, um acli-ve inverso em comparação com as espirais da broca helicoidal sem-fim ouda espiral prevista no segmento cônico inferior. A espiral superior transporta,ativamente, a terra que cai da parte superior na direção da área do segmen-to de deslocamento.

Uma forma de realização preferida da invenção reside, além dis-so, em que o segmento de deslocamento e/ou ao menos um dos segmentoscônico está equipado com elemento de deslocamento. Os elementos de des-locamento podem ser filete aplicado por solda ou elementos em formato desegmento arqueado, que aperfeiçoa a penetração forçada ou a compressãoda terra dentro da parede do poço. Ao mesmo tempo, os elementos de des-locamento podem servir de peças de desgaste, que com maior desgastepodem ser perfeitamente substituídos.

O processo de perfuração de acordo com a presente invenção écaracterizado pelo fato de que em uma primeira etapa de perfuração atéuma primeira profundidade de perfuração, correspondendo ao comprimentoda broca helicoidal sem-fim, por esta broca helicoidal sem-fim , a broca heli-coidal sem-fim transportará terra até a superfície, e, em um segundo passode perfuração, a partir da primeira profundidade de escavação, a terra éconduzida pela broca helicoidal sem-fim na direção do cabeçote de deslo-camento, pelo qual a terra é forçosamente deslocada para uma parede dopoço.

Com este processo, conforme a presente invenção, serão atingi-das as vantagens acima descritas no tocante à perfuração do poço pelocomprimento da broca helicoidal sem-fim, a estabilização da parede do poçoe a extração de terra. O poço poderá ser produzido com este processo deperfuração em um curso único ou em várias etapas intermitentes, sendo quea broca é retraída em determinados segmentos de tempo ou de profundida-de. Desta forma, pela repetida passagem pela parede do poço com o cabe-çote de deslocamento poderá ser lograda uma estabilização especialmentesatisfatória da parede do poço.

Para produzir um elemento da fundação, será preferido, de acor-do com a invenção que uma vez alcançada a profundidade de perfuraçãofinal, seja introduzido material de enchimento no poço, que constituirá o ele-mento da fundação. O material de enchimento pode ser material seco, even-tualmente areia, cal ou semelhante material ou uma suspensão endurecível,especialmente uma massa de concreto, O material de enchimento será, pre-ferencialmente, introduzido no poço por um tubo de alma central da brocahelicoidal sem-fim.

Em seguida, a invenção será explicitada com base em exemplosde execução referidos, representados esquematicamente nos desenhos a-nexos. As figuras mostram:

Figura 1 vista lateral esquemática de um dispositivo de perfu-ração no início do processo de perfuração conforme a invenção.

Figura 2 uma vista lateral esquemática da broca da figura 1 notérmino do primeiro passo de perfuração;

Figura 3 uma vista lateral esquemática da broca da figura 1 eFigura 2 no segundo passo da perfuração;

Figura 4 representação parcial esquemática da broca durante oprimeiro passo da perfuração; e

Figura 5 vista parcial esquemática do dispositivo de perfuraçãode acordo com a invenção direção durante o segundo passo a perfuração.

As figuras de 1 até 3 explanam um processo de perfuração con-forme a invenção, juntamente com uma broca 10 de acordo com a invenção.A broca 10 apresenta, de acordo com a figura 1 um poste 12, aproximada-mente em sentido vertical, o qual, por meio de um mecanismo de desloca-mento 13, está montado girável em aparelho de suporte 14. No presenteexemplo de execução, o aparelho de suporte 14 está configurado como veí-culo com esteiras, possuindo um carro superior girável.

Ao longo do poste 12, está montado deslocável um carro 18 a-través de um mecanismo de cabo tracionador. No carro 18 está previsto umacionamento de perfuração 16 em formato anelar para o acionamento dabroca, em forma de uma barrai. O elemento de perfuração 20 abrange, nasua região inferior, uma chamada broca helicoidal sem-fim 22, constituída apartir de um tubo central ou tubo de alma 24, em cujo lado externo se esten-de uma espiral de transporte 23 quase sobre toda a extensão longitudinal.No setor terminal inferior da broca helicoidal sem-fim 22 é configurado, deforma conhecido um dispositivo de corte 28, o qual remove a terra.

O comprimento da broca helicoidal sem-fim 22 é adequado aocomprimento do poste 12, correspondendo aproximadamente ao compri-mento do poste 12. No exemplo de execução mostrado, o poste possui umcomprimento de aproximadamente 20 m, ao passo que o comprimento dabroca helicoidal sem-fim é de aproximadamente 15 m. O cumprimento umpouco menor da broca helicoidal sem-fim 22, comparado ao comprimento doposte 12, resulta, essencialmente, pelo tamanho e extensão do acionamentode perfuração 16 com o carro 18.

Na extremidade superior da broca helicoidal sem-fim 22, abaixodo acionamento de perfuração 16, está acoplado um cabeçote de desloca-mento 40, o qual, em seguida, ainda será explicitado em conexão com asfiguras 4 e 5. Em conexão ao cabeçote de deslocamento 40, está preso umprolongamento, ou seja, extensão, 30 em forma de uma barra, a qual se pro-jeta em sentido ascendente a partir do cabeçote de deslocamento 40, dis-posto abaixo do acionamento de perfuração 16. No lado externo do prolon-gamento 30 estão previstos filetes de arraste semelhantes a uma barra decomando (kelly), projetando-se na direção da perfuração em sentido longitu-dinal. Através desses filetes de arraste 32, torna-se possível transferir o tor-que do acionamento de perfuração 16 para o prolongamento 30, e, portanto,para o elemento de perfuração 20 como um todo. Os filetes de arraste 32,permitem, de forma conhecida, um deslocamento axial do prolongamento 30diante do acionamento de perfuração 1, com simultânea transferência detorque.

Em um primeiro passo de perfuração de acordo com a figura 2será escavado um poço 6, até que tenha sido atingido a extremidade superi-or da broca helicoidal sem-fim 2L. Durante esta primeira etapa de perfura-ção, a terra removida pelo dispositivo de corte 28 será transportado pelasespirais de transporte 26, em sentido ascendente, abandonando o poço 6.No término do primeiro passo da perfuração, o acionamento da perfuração16 terá sido deslocado em sentido máximo, ou seja, a partir de sua posiçãosuperior de saída, de acordo com a figura 1 para sua posição terminal inferi-or, na extremidade inferior do poste. Para escavar ainda mais o poço 6, como acionamento de perfuração 16, agora parado, o elemento de perfuração 20é deslocado, através do prolongamento 20, mais em sentido descendente. Oavanço na direção da perfuração pode, no caso, ser produzido, de formadeterminada, pelo peso da broca 30 e pelo efeito de avanço das espirais detransporte 26. O acionamento de perfuração 16, todavia, poderá também seralternativamente retornado, sendo deslocamento o prolongamento 30 ativa-mente na direção da perfuração.

Neste segundo segmento de perfuração, a terra removida pelasespirais de transporte 26 da broca helicoidal sem-fim 22 não mais poderá sertransportada até a superfície. A fim de que na área do prolongamento 30 emforma de barra, ora introduzida no PCO 6, esta terra removida será desloca-da, conforme a invenção, pelo cabeçote de deslocamento 40 lateralmente naparede do poço. Após o término do segundo passo da perfuração, no qual odeslocamento em forma de barra conforme a figura. 3 se deslocou para asua posição terminal, através de uma conexão de suspensão 34 na extremi-dade superior do prolongamento 30, através do compartimento interno ocodo prolongamento e do tubo de alma 24 poderá ser introduzido material deenchimento no poço 6t, na extremidade inferior da broca helicoidal sem-fim22.

Na figura 4 é mostrado o processo de perfuração conforme a in-venção durante o primeiro passo da perfuração. No caso, pela broca jelicoi-dal sem-fim 22 será feito uma perfuração 6 no solo 2. Terra 4 removida serátransportada por parte das espirais de transporte 26 a partir do poço 6 emsentido ascendente até uma superfície 3. A partir deste ponto, a terra 4 re-movida pode ser removida e transportada, de forma conhecida.

Na extremidade superior do tubo de alma 24 central da broca he-licoidal sem-fim 22 está disposta uma conexão tubular 25, na qual será aco-piado, à prova de rotação, o cabeçote de deslocamento, não-mostrado aqui.

Após o término do primeiro passo da perfuração, quando tiver si-do alcançado o percurso máximo de deslocamento do acionamento da broca16, tendo sido introduzido a broca helicoidal sem-fim 22 com todo seu com-primento no solo 2, de acordo com a figura 5, a terra 4 transportada paracima, será introduzida pelo cabeçote de deslocamento 40 lateralmente den-tro da parede do poço 7.

O cabeçote de deslocamento 40 apresente, no exemplo de exe-cução preferido, um segmento de deslocamento 42 cilíndrico, aproximada-mente em posição central, em cujo lado externo estão previstos elementosde deslocamento 44 em forma de filetes. Abaixo do deslocamento de deslo-camento 42 está previsto um segmento cônico 46, provido, em seu lado ex-terno, com uma espiral 48 inferior. A espiral inferior 48 serve para transportar a terra 4 removida ate a região do segmento de deslocamento 42.

O segmento cônico 46 inferior, inversamente cônico, está unido à prova de giro com a broca helicoidal sem-fim 22 através da conexão tubu-lar 25. No caso, se alarga o diâmetro do segmento cônico inferior 46 do diâ-metro do tubo de alma 24 continuamente para o diâmetro do segmento dedeslocamento 42 cilíndrico.

A espiral superior 52 possui uma direção de transporte contráriaem relação à espiral inferior 48, de maneira que na direção de rotação con-vencional de perfuração, a terra será transportada pela espiral 52 superiorem direção descendente para o segmento de deslocamento 42 central.

O segmento cônico superior 50, apresenta um formato cônicoregular, cujo diâmetro se estreita uniformemente para cima, até aproxima-damente o diâmetro do prolongamento 30 em formato de barra. O prolon-gamento 30, em formato de barra, está unido, à prova de giro .através deuma conexão tubular superior com o cabeçote de deslocamento 40.

Claims (12)

1. Dispositivo de perfuração com- um poste (12),- um acionamento de perfuração (16) ali integrado móvel e - um elemento de perfuração (20) giratoriamente acionado pelo acionamen-to de perfuração (16), sendo deslocável ao longo do poste (12),- sendo que o elemento de perfuração (20) possui uma broca helicoidalsem-fim (22), disposta abaixo do acionamento de perfuração (16), tendo umprolongamento (30), unido com a broca helicoidal sem-fim (22), estendendo-se em sentido ascendente e transfixante pelo acionamento de perfuração(16),caracterizado pelo fato de que entre a broca helicoidal sem-fim (22) e oprolongamento (30) está disposto um cabeçote de deslocamento (40).

2. Dispositivo de perfuração de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que o prolongamento (30) está configurado comobarra de comando (kelly) com filetes de arraste (32) na sua face externa.

3. Dispositivo de perfuração de acordo com a reivindicação 1 ou-2, caracterizado pelo fato de que o comprimento da broca helicoidal sem-fim(22) corresponde, aproximadamente, ao comprimento do poste (12) ou deum percurso de deslocamento máximo do acionamento de perfuração (16).

4. Dispositivo de perfuração de acordo com a reivindicação 1 a-3, caracterizado pelo fato de que a broca helicoidal sem-fim (22) e/ou o pro-longamento (30) apresenta um tubo de alma (24) oco.

5. Dispositivo de perfuração de acordo com a reivindicação 1 a-4, caracterizado pelo fato de que o cabeçote de deslocamento (40) apresen-ta um segmento de deslocamento cilíndrico (42), cujo diâmetro corresponde,aproximadamente, ao diâmetro da perfuração.

6. Dispositivo de perfuração de acordo com a reivindicação 5,caracterizado pelo fato de que o cabeçote de deslocamento (40) apresentaum segmento cônico (46) inferior, cujo diâmetro se alarga desde o diâmetrode um tubo central da broca helicoidal sem-fim (22) em sentido ascendentena direção do diâmetro do segmento de deslocamento (42).

7. Dispositivo de perfuração de acordo com a reivindicação 6,caracterizado pelo fato de que no segmento cônico inferior (46) está dispostauma espiral (48) inferior, pela qual a terra (4) na perfuração poderá sertransportada para cima, até o segmento de deslocamento (42).

8. Dispositivo de perfuração de acordo com a reivindicação de 5a 7, caracterizado pelo fato de que o cabeçote de deslocamento (40) apre-senta um segmento cônico (50) superior, cujo diâmetro se estreita do diâme-tro do segmento de deslocamento (42) em sentido ascendente, na direçãodo prolongamento (30).

9. Dispositivo de perfuração de acordo com a reivindicação 8,caracterizado pelo fato de que no segmento cônico superior (50) está dis-posta uma espiral (52) superior, pela qual o material escavado (4) na perfu-ração poderá ser transportado para baixo, na direção do segmento de deslo-camento (42).

10. Dispositivo de perfuração de acordo com a reivindicação de 5 a 9, caracterizado pelo fato de que o segmento de deslocamento (42) e/ouao menos um dos segmentos cônicos (46,50) está provido de elementos dedeslocamento (44).

11. Processo de perfuração, especialmente com um dispositivode perfuração (10) como definido em qualquer uma das reivindicações de 1a 10, no qual um elemento de perfuração (20) por meio de um acionamentode perfuração (16) é acionado giratoriamente, sendo deslocado ao longo deum poste (12), e o elemento de perfuração (20) apresenta uma broca heli-coidal sem-fim (22), disposta abaixo do acionamento de perfuração (16) a-presentando um prolongamento (30), unido com a broca helicoidal sem-fim(22), transfixando em sentido ascendente o acionamento de perfuração (16),caracterizado pelo fato de que em um primeiro passo de perfuração até umaprimeira profundidade de perfuração, correspondendo, aproximadamente, aocomprimento da broca helicoidal sem-fim (22), a terra (4) é transportada paraa superfície (3) e em um segundo passo a partir da primeira profundidade deescavação, pela broca helicoidal sem-fim (22) a terra (4) passa a ser condu-zida na direção do cabeçote de deslocamento (40), pelo qual a terra (4) éforçosamente deslocada dentro de uma parede do poço (7).

12. Processo para a produção de um elemento de fundação, ca-racterizado pelo fato de que é produzido uma perfuração (6) com o processode perfuração de acordo com a reivindicação 11 e depois de alcançada aprofundidade de perfuração final, é introduzido material de enchimento nopoço (6), que forma o elemento de fundação.