BRPI0905374B1 - método de perfurar através de uma formação - Google Patents

Description

“MÉTODO DE PERFURAR ATRAVÉS DE UMA FORMAÇÃO” REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDOS RELACIONADOS [001] Este Pedido reivindica prioridade para o Pedido Provisório US número 61/086740, depositado em 6 de agosto de 2008 pelos mesmos inventores, cujo conteúdo é incorporado para referência como se completamente descrito aqui.

FUNDAMENTO DA INVENÇÃO

Campo da Invenção [002] Esta invenção é relativa a brocas para perfuração para terra.

Descrição da Técnica Relacionada [003] Uma broca para terra é comumente utilizada para perfurar através de uma formação, para formar um furo de sondagem. Tais furos de sondagem podem ser formados por diversas razões diferentes, tais como perfurar para petróleo, minerais e vapor geotérmico. Existem diversos tipos diferentes de brocas para terra que são utilizadas formando um furo de sondagem. Um tipo é uma broca rotativa tri-cônica para terra e, em um ajuste típico ela inclui três cones de corte rotativos de broca para terra montados a orelhas separadas. As orelhas são unidas juntas por meio de soldagem, para formar um corpo de broca. Os cones de corte de broca para terra giram em resposta a contatar a formação quando o corpo de broca para terra é girado no furo de sondagem. Diversos exemplos de brocas rotativas para terra estão divulgados nas Patentes US números 3550972, 3847235, 4136748, 4427397, 4688651, 4741471e6613607.

[004] Algumas tentativas foram feitas para formar furos de sondagem em uma velocidade mais rápida, como discutido em mais detalhe nas Patentes US números 320337, 3307641, 3807512, 4502552, 5730230, 6371223, 3 6986394, bem como no Pedido de Patente US número 20050045380. Algumas destas referências divulgam utilizar um martelo de percussão para aplicar uma força de superposição à broca para terra. Contudo, é desejável aumentar a velocidade de perfuração ao utilizar o martelo de percussão e

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2/47 reduzir a quantidade de dano à broca para terra em resposta à força de superposição.

BREVE SUMÁRIO DA INVENÇÃO [005] A presente invenção é direcionada a uma broca rotativa para terra auxiliada por percussão e método de operar a mesma. Os aspectos inovadores da invenção estão descritos com particularidade nas reivindicações anexas. A invenção será mais bem entendida a partir da descrição a seguir quando lida em conjunto com os desenhos que acompanham.

[006] Estes e outros aspectos, características e vantagens da presente invenção se tomarão mais bem entendidos com referência aos desenhos e descrição a seguir.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [007] A figura 1 é uma vista lateral de um equipamento de perfuração acoplado com uma coluna de perfuração.

[008] A figura 2a é uma vista em perspectiva de um sistema de broca rotativa acoplada à coluna de perfuração da figura 1 no qual o sistema de perfuração rotativo inclui uma broca rotativa para terra acoplada a um conjunto martelo.

[009] A figura 2b é uma vista lateral cortada e removida do sistema de perfuração rotativo da figura 2A acoplado à coluna de perfuração.

[0010] A figura 3 a é uma vista em perspectiva de uma junta de ferramenta rotativa incluída com o conjunto martelo das figuras 2a e 2b.

[0011] A figura 3b é uma vista em perspectiva de uma carcaça de martelo incluída com o conjunto martelo das figuras 2a e 2b.

[0012] A figura 3c é uma vista em perspectiva de um tubo de controle de escoamento incluído com o conjunto martelo das figuras 2a e 2b.

[0013] A figura 3d é uma vista em perspectiva de um pistão incluído com o conjunto martelo das figuras 2a e 2b.

[0014] A figura 3e é uma vista em perspectiva de um mandril de acionamento incluído com o conjunto martelo das figuras 2a e 2b.

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3/47 [0015] A figura 3f é uma vista em perspectiva de um sub adaptador incluído com o conjunto martelo das figuras 2a e 2b.

[0016] As figuras 4a e 4b são vistas laterais aproximadas do conjunto martelo das figuras 2a e 2b que mostram o pistão nas primeira e segunda posições, respectivamente.

[0017] As figuras 5a e 5b são vistas laterais do sistema de perfuração rotativo das figuras 2a e 2b com a broca rotativa para terra em posições retraída e expandida, respectivamente.

[0018] A figura 6 é uma vista lateral de uma cabeça traseira do conjunto martelo das figuras 2a e2b.

[0019] A figura 7a é uma vista em perspectiva do sub adaptador e broca rotativa para terra das figuras 2a e 2b em uma condição desacoplada.

[0020] As figuras 7b e 7c são vistas em seção transversal de sub adaptador e broca rotativa para terra das figuras 2a e 2b em condições acopladas.

[0021] A figura 7d é uma vista lateral de roscas trapezoidais de broca rotativa para terra das figuras 2a e 2b.

[0022] A figura 7e é uma vista lateral de roscas trapezoidais de junta de ferramenta do sub adaptador das figuras 2a e 2b.

[0023] As figuras 8a e 8b são fluxogramas de métodos de perfurar um furo.

[0024] As figuras 8c e 8d são fluxogramas de métodos de fabricar um o sistema de broca rotativa.

[0025] As figuras 9a, 9b e 9c são fluxogramas de métodos de perfurar através de uma formação.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO [0026] A figura 1 é uma vista lateral de uma máquina de perfurar 160 acoplada com uma coluna de perfuração 106. Nesta modalidade a máquina de perfurar 160 inclui uma plataforma 161 que carrega um movimentador

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4/47 principal 162 e cabine 163. Uma base 164a de uma torre 164 é acoplada à plataforma 161 por meio de um acoplador de torre 168 e o acoplador de torre 168 permite à torre 164 mover de maneira repetitiva entre posições levantada e abaixada. Na posição levantada, que está mostrada na figura 1, um coroa de torre 164b da torre 164 está afastada da plataforma 161. Na posição levantada uma frente 165 de torre 164 faceia a cabine 163 e a traseira 166 da torre 164 faceia o movimentador principal 162. Na posição abaixada, a traseira 166 da torre 164 é movida no sentido da plataforma 161 e movimentador principal 162.

[0027] A torre 164 genericamente carrega um sistema de cabo de alimentação (não mostrado) preso à uma cabeça rotativa 167 onde o sistema de cabo de alimentação permite à cabeça rotativa 167 mover entre posições levantada e abaixada ao longo da torre 164. O sistema de cabo de alimentação move a cabeça rotativa 167 para as posições levantada e abaixada movendo-a no sentido da coroa da torre 164b e base da torre 164a, respectivamente.

[0028] A cabeça rotativa 167 é movida entre as posições levantada e abaixada para levantar e abaixar respectivamente a coluna de perfuração 106 através de um furo de sondagem. Além disto, a cabeça rotativa 167 e utilizada para girar a broca e a coluna de perfuração 106 onde a coluna de perfuração 106 se estende através da torre 164. A coluna de perfuração 106 inclui genericamente um ou mais tubos de perfuração conectados juntos em uma maneira bem conhecida. Os tubos de perfuração, ou coluna de perfuração 106, são capazes de serem presos a uma broca para terra tal como uma broca rotativa para terra tri-cônica.

[0029] A figura 2a é uma vista em perspectiva de um sistema de broca rotativo 100 acoplado à coluna de perfuração 106 e a figura 2b é uma vista lateral cortada e afastada do sistema de perfuração rotativo 100 acoplado à coluna de perfuração 106. Na figura 2a o sistema de perfuração rotativo 100 se estende longitudinalmente através de um furo de sondagem 105. Uma linha

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5/47 de centro 147 se estende longitudinalmente ao longo de um centro de sistema de broca rotativa 100 e uma linha radial 169 se estende radialmente e perpendicular à linha de centro 147. O furo de sondagem 105 tem uma forma de seção transversal circular em resposta ao sistema de broca rotativa 100 que tem uma forma de seção transversal circular. O furo de sondagem 105 tem uma dimensão de seção transversal Dl que corresponde a um diâmetro quando o furo de sondagem 105 tem uma forma de seção transversal circular. Além disto, o sistema de broca rotativa 100 tem uma dimensão de seção transversal D2 que corresponde a um diâmetro quando o sistema de broca rotativa 100 tem uma forma de seção transversal circular.

[0030] O valor da dimensão Dl corresponde ao valor da dimensão D2. Por exemplo, a dimensão Dl aumenta e diminui em resposta a aumento e diminuição da dimensão D2, respectivamente. Deveria ser observado que as formas de seção transversal do furo de sondagem 105 e sistema de broca de perfuração 100 são determinadas formando uma linha de corte através do furo de sondagem 105 e sistema de broca rotativa 100, respectivamente, em uma direção ao longo da linha radial 169.

[0031] Nesta modalidade o sistema de broca rotativa 100 inclui uma broca rotativa para terra 102 acoplada a um conjunto martelo 103. A broca rotativa para terra 102 é móvel de maneira repetitiva entre condições acoplada e desacoplada com o conjunto martelo 103, como será discutido em mais detalhe abaixo com a figura 7a. A broca rotativa para terra 102 pode ser de diversos tipos diferentes. Nesta modalidade a broca rotativa para terra 102 é configurada como uma broca rotativa para terra tri-cônica. Uma broca rotativa para terra tri-cônica inclui três orelhas acopladas juntas para formar um corpo de broca para terra, na qual cada orelha carrega um cone de corte montado de maneira rotativa a ela. Em geral a broca rotativa para terra 102 inclui uma ou mais orelhas e um cone de corte correspondente montado de maneira rotativa a cada orelha. Deveria ser observado que dois cones de corte estão mostrados

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6/47 nas figuras 2a e 2b para finalidades ilustrativas.

[0032] Nesta modalidade o conjunto martelo 103 inclui uma junta de ferramenta rotativa 107 com uma abertura central 104 (figura 3) que se estende através de toda ela. Uma extremidade da coluna de perfuração 106 é acoplada à máquina de perfurar 160 (figura 1) e outra extremidade da coluna de perfuração 106 é acoplada ao sistema de broca rotativa 100 através da junta de ferramenta 107. Em particular, uma extremidade da coluna de perfuração 106 é acoplada à cabeça rotativa 167 e a outra extremidade da coluna de perfuração 106 é acoplada ao sistema de broca rotativa 100 através da junta de ferramenta 107. Mais informação a respeito de máquinas de perfurar são fornecidas nas Patentes US números $320808, 6276453, 6315063, e 6571867, cujos conteúdos de todas estão incorporados aqui para referência.

[0033] A conexão entre a coluna de perfuração 106 e a junta de ferramenta rotativa 107 é muitas vezes referida como uma conexão de caixa rosqueada. A coluna de perfuração 106 é acoplada ao sistema de broca rotativa 100 de modo que a coluna de perfuração 100 está em comunicação direta com a broca rotativa para terra 102 através do conjunto martelo 103. A coluna de perfuração 106 fornece fluido para o conjunto martelo 103 através de uma abertura de coluna de perfuração 108 e uma abertura central 104 da junta de ferramenta 107. A máquina de perfurar 160 escoa o fluido para a broca para terra 102 e conjunto martelo 103 através da cabeça rotativa 167 e coluna de perfuração 106. A broca rotativa para terra 102 da saída a algo do fluido, de modo que recortes são levantados para cima através do furo de sondagem 105. A máquina de perfurar 160 fornece o fluido com uma pressão desejada para limpar a broca rotativa para terra 102, bem como para evacuar recortes do furo de sondagem 105. Como será discutido em mais detalhe abaixo, a máquina de perfurar 160 fornece ao fluido a pressão desejada para atuar o conjunto martelo 103.

Petição 870180148452, de 06/11/2018, pág. 12/110 /47 [0034] O fluido pode ser de diversos tipos diferentes tais como um líquido e/ou gás. O líquido pode ser de diversos tipos diferentes tais como petróleo, água ou lama de perfuração, e combinações deles. O gás pode ser de diversos tipos diferentes tal como ar e outros gases. Em algumas situações o fluido inclui um liquido e gás tal como ar e água. Deveria ser observado que máquinas de perfurar 160 (figura 1) tipicamente incluem um compressor (não mostrado) que fornece um gás tal como o ar para o fluido. O fluido é utilizado para operar a broca rotativa para terra 102 e para atuar o conjunto martelo 103. Por exemplo, fluido é utilizado para lubrificar e resfriar a broca rotativa para terra 102 e, como discutido em mais detalhe abaixo, para atuar o conjunto martelo 103.

[0035] Também deveria ser observado que a coluna de perfuração 106 é tipicamente girada por meio de cabeça rotativa 167 e o sistema de broca rotativa 100 gira em resposta à rotação da coluna de perfuração 106. A coluna de perfuração 106 pode ser girada em diversas velocidades diferentes. Por exemplo, em uma situação a cabeça rotativa 167 gira a coluna de perfuração 106 em uma velocidade menor do que cerca de 150 revoluções por minuto (150 rpm). Em uma situação particular a cabeça rotativa 167 gira a coluna de perfuração 106 em uma velocidade entre cerca de 52 revoluções por minuto (50 rpm) até cerca de 150 revoluções por minuto (150 rpm). Em algumas situações a cabeça rotativa 167 gira a coluna de perfuração 106 a uma velocidade entre cerca de 40 revoluções por minuto (40 rpm) até cerca de 100 revoluções por minuto (100 rpm). Em outra situação a cabeça rotativa 167 gira a coluna de perfuração 106 a uma velocidade entre cerca de 150 revoluções por minuto (100 rpm) até cerca de 150 revoluções por minuto (150 rpm). Em geral a velocidade de penetração do sistema de broca rotativa 100 aumenta e diminui quando a velocidade de rotação da coluna de perfuração 106 aumenta e diminui, respectivamente. Daí a velocidade de penetração do sistema de broca rotativa 100 ser ajustável em resposta a ajustamento da

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8/47 velocidade de rotação da coluna de perfuração 106.

[0036] Na maior parte das modalidades a broca para terra 102 opera com um peso sobre broca (do inglês, “weight-on-bit”) aplicado sobre ela. Em geral a velocidade de penetração do sistema de broca rotativa 100 aumenta e diminui quando o peso sobre broca aumenta e diminui, respectivamente. Então, a velocidade de penetração do sistema de broca rotativa 100 ser ajustável em resposta a um ajustamento do peso sobre broca.

[0037] O peso sobre broca é genericamente aplicado à broca para terra 102 através da coluna de perfuração 106 e conjunto martelo 103. O peso sobre broca pode ser aplicado à broca para terra 102 através da coluna de perfuração 106 e conjunto martelo 103 em diversas maneiras diferentes. Por exemplo, a máquina de perfurar 160 pode aplicar o peso sobre broca à broca para terra 102 através da coluna de perfuração 106 e conjunto martelo 103. Em particular a cabeça rotativa 167 pode aplicar o peso sobre broca à broca para terra 102 através da coluna de perfuração 106 e conjunto martelo 103. O valor do peso sobre broca depende de diferentes fatores, tal como a capacidade da broca para terra 102 suportar o peso sobre broca sem falhar. A broca para terra 102 tem mais probabilidade de falhar se o peso aplicado sobre a broca for muito grande.

[0038] O peso sobre broca pode ter valores de peso em diversas faixas diferentes. Por exemplo, em uma situação o peso sobre broca é menor do que dez mil libras por polegada quadrada (10.000 psi, 703 kg/cm²) de diâmetro de furo de sondagem. Em uma situação particular o peso sobre broca está em uma faixa de cerca de mil libras por polegada quadrada (1000 psi, 70,3 kg/cm²) de diâmetro de furo de sondagem até cerca de dez mil libras por polegada quadrada (10.000 psi, 703 kg/cm²) de diâmetro de furo de sondagem. Em uma situação o peso sobre broca está em uma faixa de cerca de duas mil libras por polegada quadrada (2000 psi, 140,6 kg/cm²) de diâmetro de furo de sondagem até cerca de oito mil libras por polegada

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9/47 quadrada (8000 psi, 562,4 kg/cm²) de diâmetro de furo de sondagem. Em outra situação o peso sobre broca está em uma faixa de cerca de 4.000 libras por polegada quadrada (4000 psi, 281,2 kg/cm²) de diâmetro de furo de sondagem até cerca de seis mil libras por polegada quadrada (6000 psi, 421,4 kg/cm²) de diâmetro de furo de sondagem. Deveria ser observado que o diâmetro de furo de sondagem do peso sobre broca corresponder à dimensão Dl de furo de sondagem 105 que corresponde à dimensão D2 do sistema de broca rotativa 100, como discutido em mais detalhe acima.

[0039] O peso sobre broca pode também ser determinado utilizando unidades diferentes do número de libras por polegada quadrada de diâmetro de furo de sondagem. Por exemplo, em algumas situações o peso sobre broca é menor do que cerca de cento e trinta mil libras (59020 kg). Em uma situação particular o peso sobre broca está em uma faixa de cerca de trinta mil libras (13620 kg) até cerca de cento e trinta mil libras (59020 kg). Em uma situação o peso sobre broca está em uma faixa de cerca de dez mil libras (4540 kg) até cerca de sessenta mil libras (27240 kg). Em outra situação o peso sobre broca está em uma faixa de cerca de 60.000 libras (27240 kg) até cerca de cento e vinte mil libras (54480 kg). Em uma situação o peso sobre broca está em uma faixa de cerca de dez mil libras (4540 kg) até cerca de quarenta mil libras (18168 kg). Em outra situação o peso sobre broca está em uma faixa de cerca de oitenta mil libras (36320 kg) até cerca de cento e dez mil libras (49940 kg). [0040] Durante operação, o conjunto martelo 103 aplica uma força de superposição à broca rotativa para terra 102. Deveria ser observado, contudo, que a força de superposição pode ser aplicada à broca rotativa para terra 102 em diversas outras maneiras. Por exemplo, em uma modalidade a força de superposição é aplicada à broca para terra 102 por uma mola atuada por uma ferramenta mecânica atuada por mola. Em outra modalidade a força de superposição é aplicada à broca para terra 102 por uma ferramenta mecânica atuada por mola ao invés de um martelo operado a ar. Em algumas

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10/47 modalidades a força de superposição é aplicada à broca para terra 102 por uma ferramenta energizada eletromecânica. Em algumas modalidades a força de superposição é aplicada à broca para terra 102 por uma ferramenta energizada eletromecânica ao invés de um martelo operado a ar.

[0041] Na modalidade das figuras 2a e 2b, o conjunto martelo 103 aplica força de superposição à broca rotativa para terra 102 em resposta a ser atuado. Como mencionado acima, o conjunto martelo 103 é atuado em resposta a um escoamento do líquido através dele, no qual o fluido é fornecido por máquina de perfurar 160 através da coluna de perfuração 106. A máquina de perfurar 160 fornece o fluido com uma pressão controlada e ajustável. Como discutido em mais detalhe abaixo, a pressão de fluido é fornecida de modo que o conjunto martelo 103 é atuado com uma frequência a amplitude desejadas. Desta maneira o conjunto martelo 103 fornece uma força de superposição desejada à broca rotativa para terra 102.

[0042] Em operação o conjunto martelo 103 é atuado quando os cones de corte da broca rotativa para terra 102 fazem contato com uma formação. O conjunto martelo 103 aplica força de superposição à broca rotativa para terra 102 e em resposta a broca rotativa para terra 102 avança para o interior da formação quando os cones de corte a fraturam. A velocidade na qual a formação é fraturada é influenciada pela magnitude e frequência da força fornecida pelo conjunto martelo 103 em resposta a ser atuado. Desta maneira o conjunto martelo 103 aciona a broca rotativa para terra 102 para o interior da formação e o furo de sondagem 105 é formado. Deveria ser observado que a magnitude da força de superposição corresponde tipicamente ao valor absoluto da amplitude da força de superposição.

[0043] Como mencionado acima, o conjunto martelo 103 inclui a junta de ferramenta rotativa 107 com abertura central 104 que se estende através de toda ela, onde a junta de ferramenta rotativa 107 está mostrada em uma vista em perspectiva na figura 3 a. A abertura central 104 permite que fluido escoe

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11/47 através da junta de ferramenta rotativa 107. A coluna de perfuração 106 é acoplada ao conjunto martelo 103 através da junta de ferramenta rotativa 107. Desta maneira a coluna de perfuração 106 é acoplada ao sistema de broca rotativa 100.

[0044] Nesta modalidade o conjunto martelo 103 inclui um corpo de carcaça de martelo 110 que está mostrado em uma vista em perspectiva na figura 3b. Aqui o corpo de carcaça de martelo 110 é cilíndrico com uma forma de seção transversal circular. O corpo de carcaça de martelo 110 tem aberturas opostas e um canal central 112 que se estende entre as aberturas opostas. O corpo de carcaça de martelo 110 define um cilindro de pistão 113 (figura 3b) que é uma porção de canal central 112. Deveria ser observado que a junta de ferramenta rotativa 107 é acoplada ao corpo de carcaça de martelo 110 de modo que o canal central 112 está em comunicação direta com a abertura central 104. Além disto, a coluna de perfuração 106 está em comunicação direta com a broca para terra 102 e conjunto martelo 103 através do canal central 112.

[0045] A junta de ferramenta rotativa 107 pode ser acoplada ao corpo carcaça de martelo 110 em diversas maneiras diferentes. Nesta modalidade a junta de ferramenta rotativa 107 é acoplada ao corpo carcaça de martelo 110 com uma cabeça traseira 114 (figura 2b). A cabeça traseira 114 é engatada em rosqueamento com o corpo carcaça de martelo 110 e tem uma abertura central dimensionada e conformada para acomodar a junta de ferramenta rotativa 107. Uma placa de estrangulamento 116 é posicionada entre a cabeça traseira 114 e a junta de ferramenta rotativa 107. A placa de estrangulamento 116 juntamente com uma válvula de retenção 115 (figura 6) restringe o retroescoamento de recortes e detritos para o interior do conjunto martelo 103. A placa de estrangulamento 116 e a válvula de retenção 115 também restringem o escoamento de ar através do conjunto martelo 103, como será discutido em mais detalhe abaixo. A placa de estrangulamento 116 e a válvula de retenção

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115 são posicionadas no sentido da extremidade voltada para trás do conjunto martelo 103 para permitir serem ajustadas sem ter que remover o sistema de broca rotativa 100 do furo de sondagem 105. Isto permite o ajustamento no campo da pressão de descarga no conjunto martelo 103, para ajustar sua saída de energia.

[0046] Nesta modalidade o conjunto martelo 103 inclui um tubo de controle de escoamento 118 que está mostrado em uma vista em perspectiva na figura 3c. Nesta modalidade o tubo de controle de escoamento 118 se estende através da abertura central 104 da junta de ferramenta rotativa 107, bem como através do canal central 112. O tubo de controle 118 inclui um corpo de tubo de controle de escoamento 120 com porções cabeça e luva 121 e 123. A porção luva 123 se estende através do canal central 112 para longe da coluna de perfuração 106. O tubo de controle 118 inclui portas guia de acionamento opostas 122a, 122b e portas guia de retomo opostas 122c, e 122d que se estendem através da porção luva 123.

[0047] Nesta modalidade o conjunto martelo 103 inclui um pistão 124 que está mostrado em uma vista em perspectiva na figura 3d. Nesta modalidade o pistão 124 é posicionado dentro do cilindro de pistão 113 do corpo ou carcaça de martelo 110. O pistão 124 inclui um corpo de pistão 126 com uma abertura central 125 através da qual a porção luva 123 se estende. A abertura central 125 se estende entre uma superfície de acionamento 128 e superfície de retomo 130 de corpo de pistão 126. A superfície de acionamento 128 faceia no sentido da junta de ferramenta rotativa 107 e a superfície de retomo 130 faceia para longe da junta de ferramenta rotativa 107. O corpo de pistão 126 é posicionado dentro do cilindro 113 de modo que o cilindro 113 tem uma câmara de retomo 140 adjacente à superfície de retomo 130 e uma câmara de acionamento 141 adjacente à superfície de acionamento 128, como será discutido em mais detalhe com as figuras 4a e 4b.

[0048] Nesta modalidade o corpo de pistão 126 inclui portas de pistão de

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13/47 acionamento opostas 132a, 132b e portas de pistão de retomo opostas 132c, 132d. Portas de pistão de acionamento 132a e 132b e portas de pistão de retomo 132c e 132d se estendem entre a abertura central 125 e a periferia exterior do corpo de pistão 126. Portas de pistão de acionamento 132a, 132b e portas de pistão de retomo 132c, 132d podem se estender através do corpo de pistão 126 em diversas maneiras diferentes. Nesta modalidade portas de pistão de acionamento 132a e 132b são anguladas no sentido da superfície de acionamento 128. Portas de pistão de acionamento 132a e 132b são anguladas no sentido da superfície de acionamento 128 de modo que as portas de pistão de acionamento 132a e 132b não são paralelas à linha radial 169. Portas de pistão de acionamento 132a, 132b são anguladas no sentido da superfície de acionamento 128 de modo que portas de pistão de acionamento 132a e 132b não são paralelas à linha de centro 147. Além disto, portas de pistão de retomo 132c, 132d são anguladas no sentido da superfície de retomo 130. Portas de pistão de retomo 132c, 132d são anguladas no sentido da superfície de acionamento 130 de modo que as portas de pistão de retomo 132c, 132d não são paralelas à linha radial 169. Portas de pistão de retomo 132c e 132d são anguladas no sentido da superfície de acionamento 130 de modo que portas de pistão de retomo 132c, 132d não são paralelas à linha de centro 147. [0049] Como será discutido em mais detalhe abaixo, o corpo de pistão 126 é móvel de maneira repetitiva ao longo da porção luva 123 entre uma primeira posição na qual as portas de pistão de acionamento 132a, 132b estão em comunicação direta com o canal central 112 através das portas guia de acionamento 122a, 122b, respectivamente, e uma segunda posição na qual as portas de pistão de retomo 132c e 132d estão em comunicação direta com o canal central 112 através das portas guia de retomo 122c e 122d, respectivamente. Deveria ser observado que na primeira posição as portas de pistão de retomo 132c e 132d não estão em comunicação direta com o canal central 112 através das portas guia de retomo 122c e 122d. Além disto, na

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14/47 segunda posição as portas de pistão de acionamento 132a e 132b não estão em comunicação direta com o canal central 112 através das portas guia de acionamento 122a e 122b. Daí, na primeira posição, material do canal central 112 é restringido de escoar através das portas de pistão de retomo 132c e 132d pelo corpo de pistão 126. Além disto, na segunda posição, material do canal central 112 é restringido de escoar através das portas de pistão de acionamento 132a e 132b pelo corpo de pistão 126. O escoamento de material através das portas de conjunto martelo 103 é discutido em mais detalhe com as figuras 4a e 4b, onde a primeira e segunda posições de pistão 124 correspondem a posições desengatadas e engatadas, respectivamente.

[0050] Nesta modalidade o conjunto martelo 103 inclui um mandril de acionamento 134 que é mostrado em uma vista em perspectiva na figura 3e. O mandril de acionamento 134 é acoplado ao corpo carcaça de martelo 110. O mandril de acionamento 134 pode ser acoplado ao corpo carcaça de martelo 110 em diversas maneiras diferentes. Nesta modalidade o mandril de acionamento 134 é acoplado ao corpo carcaça de martelo 110 engatando juntos em rosqueamento.

[0051] Nesta modalidade o conjunto martelo 103 inclui um sub adaptador 136 que está mostrado em uma vista em perspectiva na figura 3f. O sub adaptador 136 é acoplado ao corpo carcaça de martelo 110, o que pode ser feito em diversas maneiras diferentes. Nesta modalidade o sub adaptador 136 é acoplado de maneira deslizante ao mandril de acionamento 134 que, como mencionado acima, é acoplado ao corpo carcaça de martelo 110. Desta maneira o sub adaptador 136 pode deslizar em relação ao mandril de acionamento 134. O sub adaptador 136 inclui uma abertura para broca rotativa para terra 138 e uma junta de ferramenta 139 em uma extremidade. Em uma extremidade oposta o sub adaptador 136 inclui uma superfície de impacto 131 que faceia a superfície de retomo 130. Deveria ser observado que a superfície de acionamento 128 faceia para longe da superfície de

Petição 870180148452, de 06/11/2018, pág. 20/110 \5!ΑΠ impacto 131.

[0052] Como mencionado acima, o sistema de broca rotativa 100 inclui broca rotativa para terra 102 acoplada a conjunto martelo 103. A broca rotativa para terra 102 pode ser acoplada ao conjunto martelo 103 em diversas maneiras diferentes. Nesta modalidade a broca rotativa para terra 102 é acoplada ao conjunto martelo 103 acoplado-a ao sub adaptador 136. Nesta modalidade a broca rotativa para terra 102 é acoplada ao sub adaptador 136 estendendo-a através da abertura para broca rotativa para terra 138 e acoplando-a a junta de ferramenta 139. A broca rotativa para terra 102 é móvel de maneira repetitiva entre condições acoplada e desacoplada com o sub adaptador 136, como será discutido em mais detalhe com a figura 7a.

[0053] Deveria ser observado que a broca rotativa para terra 102 pode deslizar em relação ao mandril de acionamento 134 uma vez que ele é acoplado ao sub adaptador 136 que é acoplado de maneira deslizante ao mandril de acionamento 134. Então, a broca rotativa para terra 102 deslizar em relação ao mandril de acionamento 134 em resposta ao sub adaptador 136 deslizar em relação ao mandril de acionamento 134. Desta maneira o sub adaptador 136 e a broca rotativa para terra 102 podem deslizar em relação ao mandril de acionamento 134 e corpo de carcaça de martelo 110.

[0054] Como será discutido em mais detalhe com as figuras 4a e 4b, o sub adaptador 136 desliza em resposta ao movimento de pistão 124 que aplica uma força de superposição F a ele (figura 4b). Como será discutido em mais detalhe com as figuras 5a e 5b, a broca rotativa para terra 102 move entre posições estendida e retraída em resposta ao deslizamento do sub adaptador 136. Desta maneira, a broca rotativa para terra 102 move entre posições estendida e retraída em resposta ao movimento de pistão 124 entre as primeira e segunda posições.

[0055] As figuras 4a e 4b são vistas laterais aproximadas do conjunto martelo 103, que mostram o pistão 124 nas primeira e segunda posições,

Petição 870180148452, de 06/11/2018, pág. 21/110 \6!ΑΠ respectivamente. Além disto, as figuras 5a e 5b são vistas laterais do sistema de perfuração 100 com a broca rotativa para terra 102 em posições retraída e estendida, respectivamente. A figura 6 é uma vista lateral de uma cabeça traseira de conjunto martelo 103 que mostra como os fluidos são descarregados pelo sistema de broca rotativa 100.

[0056] Nesta modalidade o conjunto martelo 103 inclui portas de descarga de acionamento 142a e 142b em comunicação direta com a câmara de acionamento 141. Além disto, o conjunto martelo 103 inclui portas de descarga de retomo 142c e 142d em comunicação direta com a câmara de retomo 140. As portas de descarga de acionamento 142a e 142b permitem material escoar desde a câmara de acionamento 141 até uma região externa ao conjunto martelo 103. Além disto, portas de descarga de retomo 142c e 142d permitem material escoar desde a câmara de retomo 140 até uma região externa ao conjunto martelo 103. O escoamento de material desde a câmara de retomo 140 e câmara de acionamento 141 será discutido em mais detalhe com a figura 6.

[0057] Nesta modalidade o pistão 124 é móvel de maneira repetitiva entre a primeira e segunda posições. Na primeira posição o pistão 124 está desengatado do sub adaptador 136 e na segunda posição o pistão 124 está engatado com o sub adaptador 136. Na posição desengatada o corpo de pistão 126 é posicionado de modo que as portas de pistão de acionamento 132a, 132b estão em comunicação direta com o canal central 112 através de portas guia de acionamento 122a, 122b, respectivamente. Na posição desengatada o corpo de pistão 126 está posicionado de modo que portas de pistão de retomo 132a, 132b não estão em comunicação direta com o canal central 112 através de portas guia de retomo 122c, 122d. Na posição desengatada o corpo de pistão 126 restringe o escoamento de material através de portas guia de retomo 122c, 122d. Além disto, na posição desengatada o corpo de pistão 126 está posicionado de modo que a câmara de retomo 140 está em comunicação

Petição 870180148452, de 06/11/2018, pág. 22/110 /47 direta com portas de descarga de retomo 142s e 142d e a câmara de acionamento 141 não está em comunicação direta com portas de descarga de acionamento 142a e 142b.

[0058] Na posição engatada o corpo de pistão 126 está posicionado de modo que portas de pistão de acionamento 132a e 132b não estão em comunicação direta com o canal central 112 através das portas guia de acionamento 122a e 122b. Na posição engatada o corpo de pistão 126 está posicionado de modo que portas de pistão de retomo 132c e 132d estão em comunicação direta com o canal central 112 através de portas guia de retomo 122c, 122d, respectivamente. Na posição engatada o corpo de pistão 126 restringe o escoamento de material através de portas guia de acionamento 122a, 122b. Além disto, na posição engatada o corpo de pistão 126 está posicionado de modo que a câmara de retomo 140 não está em comunicação direta com portas de descarga de retomo 142c, 142d e a câmara de acionamento 141 está em comunicação direta com as portas de descarga de acionamento 142a e 142b.

[0059] Em uma situação o pistão 124 está na posição desengatada como mostrado na figura 4a, de modo que a câmara de retomo 140 está em comunicação direta com as portas de descarga de retomo 142c, 142d. Desta maneira o fluido na câmara de retomo 140 é capaz de escoar desde a câmara de retomo 140 até a região externa e para o conjunto martelo 103. Além disto, a câmara de acionamento 141 está em comunicação direta com o canal central 112 através de portas de pistão de acionamento 132a, 132b através de portas guia de acionamento 122a, 122b, respectivamente. Desta maneira o fluido que escoa através do canal central 112 que é fornecido através da abertura de coluna de perfuração 108 é capaz de escoar para o interior da câmara de acionamento 141. Quando o fluido escoa para o interior da câmara de acionamento 141 sua pressão aumenta, o que aplica uma força de superposição à superfície de acionamento 128 do corpo de pistão 126 e move

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18/47 o corpo de pistão 126 ao longo da porção luva 123 para longe da porção cabeça 121.

[0060] O corpo de pistão 126 move em resposta à força de superposição F aplicada à superfície de acionamento 128 no sentido do sub adaptador 136, no qual a superfície de retomo 130 engata a superfície de impacto 131. O sub adaptador 136 desliza em relação ao mandril de acionamento 134 em resposta à superfície de retomo 130 engatar a superfície de impacto 131. Como mencionado acima, a broca rotativa para terra 102 é acoplada ao sub adaptador 136. Então, a broca rotativa para terra 102 também desliza em resposta à superfície de retomo 130 engatar a superfície de impacto 131 onde a broca rotativa para terra desliza, de modo que ela é movida desde uma posição retraída (figura 5 a) para uma posição estendida (figura 5b).

[0061] Na posição retraída o sub adaptador 136 está engatado com o mandril de acionamento 134 como indicado por uma seta de indicação 148 na figura 5a. Além disto, o pistão 124 está desengatado da superfície de impacto 131 do sub adaptador 136 como indicado por uma seta de indicação 150 na figura 5a. Na posição estendida o sub adaptador 136 está desengatado do mandril de acionamento 134 por uma distância ti como indicado por uma seta de indicação 152 na figura 5b. Além disto, o pistão 124 está engatado com a superfície de impacto 131 do sub adaptador 136 como indicado por uma seta de indicação 154 na figura 5b.

[0062] Em outra situação o pistão 124 está na posição engatada como mostrado na figura 4b, de modo que a câmara de acionamento 141 está em comunicação direta com as portas de descarga de retomo 142a e 142b. Desta maneira o fluido na câmara de acionamento 141 é capaz de escoar desde a câmara de acionamento 141 até a região externa ao conjunto martelo 103. Além disto, a câmara de retomo 140 está em comunicação direta com o canal central 112 através das portas de pistão de acionamento 122c e 122d através de portas guia de acionamento 132c e 132d, respectivamente. Desta maneira o

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Μ)!4Ί fluido que escoa através do canal central 112 fornecido pela abertura de coluna de perfuração 108 é capaz de escoar para o interior da câmara de retomo 140. Quando o fluido escoa para o interior da câmara de retomo 140 sua pressão aumenta, o que aplica uma força à superfície de retomo 130 do corpo de pistão 126 e move o corpo de pistão 126 ao longo da porção luva 123 no sentido da porção cabeça 121.

[0063] O corpo de pistão 126 move em resposta à força de superposição F aplicada à superfície de retomo 130 para longe do sub adaptador 136 onde a superfície de retomo 130 é desengatada da superfície de impacto 131. O sub adaptador 136 desliza em relação ao mandril de acionamento 134 em resposta à superfície de retomo 130 que está sendo desengatada da superfície de impacto 131. Como mencionado acima, a broca rotativa para terra 102 é acoplada ao sub adaptador 136. Daí a broca rotativa para terra 102 também deslizar em resposta à superfície de retomo 130 ser desengatada da superfície de impacto 131 onde a broca rotativa para terra desliza de modo a ser movida desde a posição estendida (figura cinco b) para a posição retraída (figura 5 a). Na posição retraída o sub adaptador 136 engata com o mandril de acionamento 134 como discutido em mais detalhe acima.

[0064] Em outra modalidade o corpo de pistão 126 move para longe do sub adaptador 136 como resultado de um retomo onde o retomo inclui a porção da energia de impacto não transmitida através do sub adaptador 136 e broca para terra 102 para a formação. Nesta modalidade o sub adaptador 136 move em relação ao mandril de acionamento 134 em resposta ao impacto do corpo de pistão 126 com a superfície 131 do sub adaptador 136. Desta maneira, força de superposição F é impressa ao sub adaptador 136 e o movimento do corpo de pistão 126 é em resposta a uma força de reação aplicada a ele pelo sub adaptador 136.

[0065] Daí o pistão 124 ser movido entre as posições engatada e desengatada ajustando à pressão de fluido na câmara de retomo 140 e câmara

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20/47 de acionamento 141. A pressão de fluido na câmara de retomo 140 e câmara de acionamento 141 é ajustada de modo que forças oscilantes sejam aplicadas à superfície de retomo 130 e superfície de acionamento 128 e o pistão 124 é movido no sentido e para longe da superfície de impacto 131.

[0066] A broca rotativa para terra 102 opera tipicamente com uma pressão de entrada linear de cerca de 40 libras por polegada quadrada (40psi, 2,81 kg/cm²). Contudo, a maior parte de máquinas de perfuração fornece uma pressão de suprimento entre cerca de 50 psi até 100 psi (3,5 até 7,03 kg/cm²). Daí somente cerca de 10 psi até 60 psi (0,7 até 4,2 kg/cm²) estarão disponíveis para operar o conjunto martelo 103 se o conjunto martelo 103 e a broca rotativa para terra 102 estiverem acoplados juntos em série. De acordo com a invenção um conjunto martelo 103 é capaz de operar na pressão total do sistema, de modo que o pistão 124 pode aplicar mais energia de percussão ao sub adaptador 136 e broca rotativa para terra 102. Daí a pressão de fluido na qual o conjunto martelo 103 opera é acionada para equalizar a pressão de fluido na qual a broca rotativa para terra 102 opera.

[0067] Como mencionado acima, a coluna de perfuração 103 fornece fluidos para o conjunto martelo 103 através da abertura de coluna de perfuração 108 e os fluidos podem ser de diversos tipos diferentes tal como ar, outros gases ou uma combinação de gases e líquidos, tais como petróleo e/ou água. Em uma modalidade o fluido inclui ar e o ar é escoado através da coluna de perfuração 106 e a uma taxa menor do que cerca de 5.000 pés cúbicos por minuto (140m³/min). Por exemplo, em uma modalidade o ar é escoado a uma taxa em uma faixa de cerca de 1000 cfm até cerca de 4000 cfm (28 até 112 m³/min). Em outra modalidade o fluido inclui ar e o ar escoado através da coluna de perfuração 106 é fornecido a uma pressão de ar menor do que cerca de cem libras por polegada quadrada (100 psi, 7,03 kg/cm²). Por exemplo, em uma modalidade a pressão do ar que escoa através da coluna de perfuração 106 está a uma pressão em uma faixa de cerca de 40 psi até cerca

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21/ 47 de 100 psi (2,81 até 7,03 kg/cm²). Em outra modalidade a pressão do ar que escoa através da coluna de perfuração 106 está em uma pressão em uma faixa de cerca de 40 psi até cerca de 80 psi (2,81 até 5,52 kg/cm²). De acordo com a invenção a pressão do ar utilizada para operar o conjunto martelo 103 é acionada para equalizar a pressão do ar utilizado para operar a broca rotativa para terra 102. Em geral a taxa de penetração da broca para terra 102 somente diminui quando a pressão de ar aumenta e diminui, respectivamente.

[0068] A força de superposição F é tipicamente aplicada à broca para terra 102 com uma amplitude e frequência. Quando a força de superposição F é aplicada à broca para terra 102 com uma frequência, sua amplitude muda como uma função de tempo. Desta maneira a força de superposição F é uma força de superposição variável com o tempo. A frequência da força de superposição F é tipicamente periódica embora possa ser não periódica em algumas situações. A frequência de força de superposição F corresponde ao número de vezes que o pistão 124 impacta o sub adaptador 136. Como mencionado acima, a magnitude da força de superposição F tipicamente corresponde ao valor absoluto da amplitude da força de superposição F.

[0069] A força de superposição F pode ter valores de magnitude em diversas faixas diferentes. Contudo, a força de superposição F é tipicamente menor do que cerca de 5 pés libras por polegada quadrada. Em uma modalidade a força de superposição F está em uma faixa de cerca de 1 pé libra por polegada quadrada (214,3 kg/m) até cerca de 4 pés libra por polegada quadrada (857,2 kg/m). Em uma modalidade a força de superposição F está em uma faixa de cerca de 1 pé libra por polegada quadrada (214,3 kg/m) até cerca de 5 pés libra por polegada quadrada (1071,5 kg/m). Em outra modalidade a força de superposição F está em uma faixa de cerca de 1,2 pés libra por polegada quadrada (257,2 kg/m) até cerca de 3,6 pés libra por polegada quadrada (771,5 kg/m). Em geral a taxa de penetração da broca para terra 102 aumenta e diminui quando a força de superposição F

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22/47 aumenta e diminui, respectivamente. Contudo, é tipicamente indesejável aplicar uma força de superposição à broca para terra 102 com um valor que irá danificar a broca para terra 102. Deveria ser observado que a área sobre a qual a força de superposição F é aplicada pode ser diversas áreas diferentes. Por exemplo, em uma modalidade a área sobre a qual a força de superposição F é aplicada corresponde à área da superfície de impacto 131 do sub adaptador 136 (figura 3f).

[0070] A frequência da força de superposição Fl pode ter diversos valores diferentes. Por exemplo, em uma modalidade a força de superposição F é aplicada à broca para terra 102 a uma taxa menor do que cerca de 1500 vezes por minuto. Em uma modalidade particular a força de superposição F é aplicada à broca para terra 102 a uma taxa em uma faixa de cerca de 1100 vezes por minuto até cerca de 1400 vezes por minuto.

[0071] A frequência e a amplitude da força de superposição F podem ser ajustadas. A frequência e a amplitude da força de superposição F podem ser ajustadas por diversas razões diferentes tal como para ajustar a taxa de penetração da broca para terra 102 para a formação. Em uma modalidade a amplitude e/ou frequência da força de superposição F são ajustadas em resposta a uma indicação de uma taxa de penetração de broca para terra 102 através da formação. A indicação da taxa de penetração da broca para terra 102 através da formação pode ser fornecida em diversas maneiras diferentes. Por exemplo, a taxa de penetração da broca para terra 102 através da formação é tipicamente monitorada com equipamento incluído com a máquina de perfuração.

[0072] A taxa de penetração da broca para terra 102 através da formação é ajustada ajustando no mínimo um dentre uma amplitude e frequência da força de superposição F. Por exemplo, em uma modalidade a taxa de penetração da broca para terra 102 através da formação é ajustada ajustando a amplitude de força de superposição F. Em outro exemplo a taxa de penetração

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23/47 da broca para terra 102 através da formação é ajustada ajustando a frequência da força de superposição F. Em outro exemplo a taxa de penetração da broca para terra 102 através da formação é ajustada ajustando a frequência e a amplitude da força de superposição F.

[0073] Em uma modalidade a amplitude da força de superposição F é ajustada em resposta à indicação da taxa de penetração da broca para terra 102 através da formação. Em outra modalidade a frequência da força de superposição F é ajustada em resposta à indicação da taxa de penetração da broca para terra 102 através da formação. Em uma modalidade a frequência e a amplitude da força de superposição F são ambas ajustadas em resposta à indicação da taxa de penetração da broca para terra 102 através da formação. Desta maneira, a força de superposição F é ajustada em resposta a uma indicação de uma taxa de penetração de broca para terra 102 através da formação.

[0074] Em geral a força de superposição F é ajustada para acionar a taxa de penetração da broca para terra 102 através da formação para uma taxa de penetração desejada. A frequência e/ou amplitude da força de superposição são tipicamente aumentadas para aumentar a taxa de penetração da broca para terra 102 através da formação. Além disto, a frequência e/ou amplitude da força de superposição são tipicamente diminuídas para diminuir a taxa de penetração da broca para terra 102 através da formação. Além disto, a força de superposição F é tipicamente ajustada para reduzir a probabilidade de a broca para terra 102 experimentar qualquer dano.

[0075] A frequência e a amplitude da força de superposição F podem ser ajustadas em diversas maneiras diferentes. Em uma modalidade a frequência e a amplitude da força de superposição F são ajustadas em resposta ao ajustamento do escoamento de fluido através da coluna de perfuração 106. A frequência e a amplitude da força de superposição F são tipicamente aumentadas e diminuídas em resposta ao aumento e diminuição,

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ΤΑ! Μ respectivamente, do escoamento de fluido através da coluna de perfuração 106. Por exemplo, em uma modalidade a frequência e amplitude da força de superposição F são aumentadas e diminuídas em resposta ao aumento e diminuição, respectivamente, da pressão do ar que escoa através da coluna de perfuração 106.

[0076] Deveria ser observado que em algumas modalidades a frequência e amplitude da força de superposição F são ajustadas automaticamente pelo equipamento da máquina de perfurar ajustando o escoamento de fluido. Em outras modalidades o escoamento de fluido é ajustado manualmente para ajustar a frequência e a amplitude da força de superposição F.

[0077] O material que está sendo descarregado da câmara de acionamento 141 e da câmara de retomo 140 pode ser escoado para a região externa do conjunto martelo 103 em diversas maneiras diferentes, uma das quais está mostrada na figura 6. Nesta modalidade a descarga escoa através das portas de descarga de acionamento 142a e 142b e portas de descarga de retomo 142c e 142d e para um anel de descarga 117. Deveria ser observado que o anel de descarga 117 se estende radialmente ao redor da periferia exterior do corpo de carcaça de martelo 110. A descarga escoa desde o anel de descarga 117 até uma porta de descarga de conjunto martelo 119 que se estende através da cabeça traseira 114. Quando a pressão do fluido dentro do anel de descarga 117 e porta de descarga de conjunto martelo 119 alcança um nível de pressão limiar predeterminado, a válvula de retenção 115 abre para aliviá-la. Quando a pressão do fluido dentro do anel de descarga 117 e porta de descarga de conjunto martelo 119 está baixo do nível de pressão limiar predeterminado, a válvula de retenção 115 permanece fechada de modo que ela não é aliviada. O nível de pressão limiar predeterminado pode ser ajustado em diversas maneiras diferentes tal como substituindo a válvula de retenção por outra válvula de retenção que tenha um nível de pressão limiar diferente. A válvula de retenção 115 pode ser facilmente substituída, uma vez que ela

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25/47 está posicionada no sentido da extremidade para trás do conjunto martelo 103. [0078] Como discutido acima, a força de superposição F é aplicada pelo pistão 124 à broca rotativa para terra 102 através do sub adaptador 136. A magnitude da força de superposição F pode ser controlada em diversas maneiras diferentes. Em uma maneira a quantidade de força de superposição é controlada escolhendo o sub adaptador 136 para ter uma massa desejada. Quando a massa do sub adaptador 136 aumenta menos força de superposição é transferida do pistão 124 para a broca rotativa para terra 102 em resposta à superfície de retomo 130 engatar a superfície de impacto 131. Além disto, quando a massa do sub adaptador 136 diminui, mais força de superposição é transferida do pistão 124 para a broca rotativa para terra 102 em resposta à superfície de retomo 130 engatar a superfície de impacto 131. Outra maneira de a quantidade de força de superposição ser controlada é escolhendo o pistão 124 para ter uma massa desejada. Quando a massa de pistão 124 é aumentada, mais da força de superposição é transferida por ela para a broca rotativa para terra 102. Além disto, quando a massa de pistão 124 é diminuída, menos da força de superposição é transferida dela para a broca rotativa para terra 102. [0079] A força de superposição aplicada pelo pistão 124 pode ser controlada controlando a dimensão do cilindro 113. Quando a dimensão do cilindro 113 aumenta, a força de superposição aumenta, uma vez que o pistão 124 é movido sobre uma distância mais longa antes de engatar o sub adaptador 136. Quando a dimensão do cilindro 113 diminui, a força de superposição diminui, uma vez que o pistão 124 é movido sobre uma distância mais curta antes de engatar o sub adaptador 136.

[0080] A força de superposição F aplicada pelo pistão 124 pode ser controlada controlando a dimensão da câmara de acionamento 141. Quando a dimensão da câmara de acionamento 141 aumenta, a força de superposição F aumenta, uma vez que a pressão do fluido na câmara de acionamento 141 aumenta mais gradualmente, o que aumenta o comprimento de passeio do

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26/47 pistão 124, um comprimento mais longo de passeio permite é pressão do fluido da câmara de acionamento 141 acelerar o pistão de maneira crescente 124, o que aumenta a força de superposição F. Quando a dimensão da câmara de acionamento 141 diminui, a força de superposição F diminui, uma vez que o movimento para cima do pistão 124 é retardado por uma pressão crescente mais rapidamente do fluido da câmara de acionamento 141, o que encurta o comprimento do passeio do pistão e força de superposição F.

[0081] A força de superposição F aplicada pelo pistão 124 também pode ser controlada controlando a dimensão da câmara de retomo 140. Quando a dimensão da câmara de retomo 140 aumenta, a força de superposição F aumenta, uma vez que a pressão do fluido da câmara de retomo 140 aumenta mais gradualmente no curso para a frente do pistão 124 o que permite maior aceleração do pistão 124. Quando a dimensão da câmara de retomo 140 diminui, a força de superposição F diminui, uma vez que a pressão que decresce mais rapidamente do fluido da câmara de retomo 140 desacelera o pistão de maneira crescente 124 o que reduz a força de superposição F.

[0082] A força de superposição aplicada pelo pistão 124 pode ser controlada controlando a dimensão das portas guia de acionamento 122a, 122b. Quando a dimensão das portas guia de acionamento 122a, 122b aumenta o pistão 124 aplica uma força de superposição maior ao sub adaptador 136 uma vez que mais fluido pode escoar em uma taxa mais rápida desde o canal central 112 para a câmara de acionamento 141. Quando a dimensão das portas guia de acionamento 122a, 122b diminuem, o pistão 124 aplica uma força de superposição menor ao sub adaptador 136, uma vez que menos fluido pode escoar em uma taxa mais lenta desde o canal central 112 para a câmara de acionamento 141.

[0083] A frequência da força de superposição F aplicada pelo pistão 124 à broca rotativa para terra 102 através do sub adaptador 136 pode ser controlada em diversas maneiras diferentes. A frequência da força de

Petição 870180148452, de 06/11/2018, pág. 32/110 /47 superposição F aumenta quando a força de superposição F é aplicada pelo pistão 124 à broca rotativa para terra 102 mais vezes, e a frequência da força de superposição F diminui quando a força de superposição f é aplicada pelo pistão 124 à broca rotativa para terra 102 menos vezes.

[0084] A frequência com que a força de superposição F é aplicada ao sub adaptador 136 pode ser controlada controlando a dimensão das portas guia de retomo 122c e 122d. Quando a dimensão das portas guia de retomo 122c e 122d aumenta, a frequência aumenta uma vez que fluido a partir do canal central 112 pode ser escoado para a câmara de retomo 141 em taxa mais rápida. Quando a dimensão das portas guia de retomo 122c e 122d diminui, a frequência diminui, uma vez que fluido a partir do canal central 112 pode ser escoado para a câmara de retomo 140 em uma taxa mais lenta.

[0085] A frequência com que a força de superposição F é aplicada ao sub adaptador 136 pode ser controlada controlando a dimensão das portas de descarga de retomo 142c e 142d. Quando a dimensão das portas de descarga de retomo 142c, 142d aumenta, a frequência aumenta, uma vez que fluido a partir da câmara de retomo 140 pode ser escoado para fora da câmara de retomo 140 a uma taxa mais rápida. Quando a dimensão das portas de descarga de retomo 142c, 142d diminui, a frequência diminui. Uma vez que fluido a partir da câmara de retomo 140 pode ser escoado para fora da câmara de retomo 140 a uma taxa mais lenta.

[0086] O conjunto martelo 103 fornece diversas vantagens. Uma vantagem fornecida pelo conjunto martelo 103 é que o pistão 124 aplica baixa energia e energia de baixa frequência para a broca rotativa para terra 102. Isto é útil para reduzir a quantidade de tensão experimentada pela broca rotativa para terra 102. Outra vantagem fornecida pelo conjunto martelo 103 é que existem trajetos de escoamento paralelos de suprimento e descarga, o que possibilita um controle melhorado de ar e de energia sem ter que aumentar a pressão do fluido fornecida pela coluna de perfuração 106. Além disto, a

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28/47 quantidade de energia fornecida pelo conjunto martelo 103 para a broca rotativa para terra 102 pode ser ajustada ajustando a placa de estrangulamento 116 e/ou a válvula de retenção 115. Desta maneira, a quantidade de energia fornecida pelo conjunto martelo 103 pode ser ajustada sem ter que ajustar a pressão do fluido fornecido pela coluna de perfuração 106. Outra vantagem é que a descarga do conjunto martelo 103 é escoada para fora do conjunto martelo 103 no sentido de sua extremidade para trás e é direcionada para cima através do furo de sondagem 105. Desta maneira, descarga do conjunto martelo 103 auxilia na limpeza de detritos do furo de sondagem 105.

[0087] A figura 7a é uma vista em perspectiva de um sub adaptador 136 de broca rotativa para terra 102 em uma condição desacoplada. O sub adaptador 136 e a broca rotativa para terra 102 estão em uma condição acoplada nas figuras 2a e 2b. O sub adaptador 136 e a broca rotativa para terra 102 estão na condição desacoplada quando estão desacoplados um do outro. Além disto, o sub adaptador 136 e a broca rotativa para terra 102 estão na condição acoplada quando eles estão acoplados um ao outro.

[0088] O sub adaptador 136 e a broca rotativa para terra 102 são móveis de maneira repetitiva entre as condições acoplada e desacoplada. A broca rotativa para terra 102 pode ser acoplada ao sub adaptador 136 em diversas maneiras diferentes. Nesta modalidade a junta de ferramenta 139 e a broca rotativa para terra 102 incluem roscas trapezoidais para junta de ferramenta 143 e roscas trapezoidais para a broca rotativa para terra 144, respectivamente. O sub adaptador 136 e a broca rotativa para terra 122 são movidos para a condição acoplada engatando de maneira rosqueada as roscas trapezoidais para junta de ferramenta 143 e roscas trapezoidais para broca rotativa para terra 144. Além disto, o sub adaptador 136 e a broca rotativa para terra 102 são movidos para a condição desacoplada desengatando em rosqueamento as roscas trapezoidais para junta de ferramenta 143 e roscas trapezoidais para broca rotativa para terra 144. Desta maneira o sub adaptador

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136 e a broca rotativa para terra 102 são móveis de maneira repetitiva entre as condições acoplada e desacoplada.

[0089] Deveria ser observado que um canal central 151 da broca rotativa para terra 102 está em comunicação direta com o canal central 112 quando a broca rotativa para terra 102 e o sub adaptador 136 estão acoplados um ao outro. Desta maneira, fluido escoa desde a coluna de perfuração 106 através do bocal de coluna de perfuração 108 e canal central 112 para o canal central 151 da broca rotativa para terra 102 (figuras 2a e 2b). Também deveria ser observado que a superfície anelar 159 se estende ao redor de uma abertura do canal central 151 que faceia o sub adaptador 136. Além disto, uma superfície anelar 158 se estende ao redor de uma abertura do canal central 112 que faceia a broca rotativa para terra 102. Faces anelares 158 e 159 faceiam uma à outra quando a broca rotativa para terra 102 e o sub adaptador 136 estão na condição acoplada. Em algumas modalidades superfícies anelares 158 e 159 são espaçadas separadas uma da outra e, em outras modalidades, superfícies anelares 158 e 159 são engatadas uma com a outra como será discutido em mais detalhe abaixo.

[0090] As roscas do sub adaptador 136 e da broca rotativa para terra 102 são complementares uma à outra, o que permite à broca rotativa para terra 102 e sub adaptador 136 serem repetitivamente móveis entre condições acoplada e desacoplada. O sub adaptador 136 e a broca rotativa para terra 102 podem incluir diversos outros tipos de roscas além de roscas trapezoidais. Por exemplo, como indicado por uma seta de indicação 149a, o sub adaptador 136 pode incluir roscas conformadas em V 143a e a broca rotativa para terra 102 pode incluir roscas complementares conformadas em V. Como indicado por uma seta de indicação 149b, o sub adaptador 136 pode incluir roscas reforçadas 143b e a broca rotativa para terra 102 pode incluir roscas reforçadas complementares. Além disto, como indicado por uma seta de indicação 149c, o sub adaptador 136 pode incluir roscas de corda 143c e a

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30/47 broca rotativa para terra 102 pode incluir roscas de corda complementares. Mais informação com relação às roscas que podem ser incluídas com broca rotativa para terra 102 e sub adaptador 136 está fornecida nas Patentes US números 3259403, 3336992, 4600064, 4760887, e 5092635, bem como os Pedidos de patente US Nos. 20040251051, 20070199739, e 20070102198.

[0091] A figura 7b é uma vista em seção transversal de sub adaptador 136 e broca rotativa para terra 102 em condições acopladas. Nesta modalidade, uma linha de referência 192 se estende através de roscas de junta de ferramenta 143 e roscas de broca rotativa para terra 144 quando a junta de ferramenta 139 e a broca rotativa para terra 102 estão na condição acoplada na qual a linha de referência 192 está em um ângulo φ em relação à linha de centro 147. Desta maneira a junta de ferramenta 139 inclui uma superfície rosqueada que se estende em um ângulo φ em relação à linha de centro 147. A junta de ferramenta 139 está incluída com o sub adaptador 136 de modo que o sub adaptador 136 inclui uma superfície rosqueada que se estende em um ângulo φ em relação à linha de centro 147. Além disto, a broca rotativa para terra 102 inclui uma superfície rosqueada que se estende em um ângulo φ em relação à linha de centro 147.

[0092] O ângulo φ pode ter diversos valores angulares diferentes. Em algumas modalidades um ângulo φ está em uma faixa entre cerca de 1 ° até cerca de 9 °. Em algumas modalidades o ângulo φ está em uma faixa entre cerca de 1,5 ° até cerca de 8 °. Em algumas modalidades um ângulo φ está em uma faixa entre cerca de 3 ° até cerca de 5 °. Em uma modalidade particular o ângulo φ é cerca de quatro e três quartos de grau 4,75 °.

[0093] O ângulo φ é genericamente escolhido de modo que a broca rotativa para terra 102 esteja alinhada com o sub adaptador 136 em resposta a movimento da broca rotativa para terra 102 e sub adaptador 136 desde a condição desengatada até a condição engatada. Desta maneira a broca rotativa para terra 102 experimenta menos ondulação em resposta à rotação do

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31/ 47 conjunto martelo 103 e coluna de perfuração 106. Deveria ser observado que o valor do ângulo φ afeta a quantidade de energia de rotação transferida entre a coluna de perfuração 106 e a broca rotativa para terra 102 através do sub adaptador 136. A quantidade de energia de rotação transferida entre a coluna de perfuração 106 e a broca rotativa para terra 102 aumenta e diminui quando o valor do ângulo φ aumenta e diminui, respectivamente.

[0094] Nesta modalidade superfícies anelares 158 e 159 são espaçadas separadas uma da outra em resposta à broca rotativa para terra 102 e sub adaptador 136 estarem na condição acoplada. As superfícies anelares 158 e 159 são espaçadas separadas uma da outra de modo que a força de superposição F não escoa entre o sub adaptador 136 e a broca rotativa para terra 102 através de superfícies anelares 158 e 159. Ao invés disto, uma primeira porção da força de superposição F escoa entre o sub adaptador 136 e a broca rotativa para terra 102 através das roscas trapezoidais de junta de ferramenta 143 e roscas trapezoidais de broca rotativa para terra 144.

[0095] O sub adaptador 136 e a broca rotativa para terra 102 são acoplados um ao outro de modo que superfícies radiais 153 e 154 (figuras 7a e 7b) engatam uma na outra e formam uma interface entre elas. Superfícies 153 e 154 são superfícies radiais uma vez que elas se estendem radialmente em relação à linha de centro 147. Superfícies radiais 153 e 154 engatam uma na outra de modo que uma segunda porção da força de superposição F escoa entre o sub adaptador 136 e a broca rotativa para terra 102 através de superfícies 153 e 154.

[0096] Deveria ser observado que a força de superposição F escoa de maneira mais eficiente entre o sub adaptador 136 e a broca rotativa para terra 102 através de superfícies 153 e 154 do que através das roscas de junta trapezoidais de ferramenta 143 e roscas trapezoidais de broca rotativa para terra 144. A força de superposição F experimenta mais atenuação em resposta a escoamento através das roscas trapezoidais de junta de ferramenta 143 e

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32/47 roscas trapezoidais de broca rotativa para terra 144 do que através de superfícies 153 e 154. A força de superposição F experimenta menos atenuação em resposta a escoamento através de superfícies 153, 154 do que através de roscas trapezoidais de junta de ferramenta 143 e roscas trapezoidais de broca rotativa para terra 144. Desta maneira, força de superposição F escoa de maneira mais eficiente através de superfícies 153 e 154 do que através de roscas trapezoidais de junta de ferramenta 143 e roscas trapezoidais de broca rotativa para terra 144.

[0097] Deveria ser observado, contudo, que o rendimento com o qual a força de superposição F escoa através de roscas trapezoidais de junta de ferramenta 143 e roscas trapezoidais de broca rotativa para terra 144 aumenta e diminui quando o ângulo φ aumenta e diminui, respectivamente. Também deveria ser observado que a interface entre o sub adaptador 136 e a broca rotativa para terra 102 pode ter diversas outras formas, uma das quais será discutida em mais detalhe atualmente.

[0098] A figura 7c é uma vista em seção transversal de sub adaptador 136 e broca rotativa para terra 102 em condições acopladas. Nesta modalidade superfícies anelares 158 e 159 estão engatadas uma com a outra em resposta a broca rotativa para terra 102 e sub adaptador 136 estarem na condição acoplada. As superfícies anelares 158 e 159 estão engatadas uma com a outra de modo que uma terceira porção da força de superposição F não escoa entre o sub adaptador 136 e a broca rotativa para terra 102 através de superfícies anelares 158 e 159. Como mencionado acima, a primeira porção da força de superposição F escoa entre o sub adaptador 136 e a broca rotativa para terra 102 através de roscas trapezoidais de junta de ferramenta 143 e roscas trapezoidais de broca rotativa para terra 144.

[0099] Nesta modalidade o sub adaptador 136 e a broca rotativa para terra 102 são acopladas uma com a outra de modo que uma superfície radial exterior 153a faceira uma superfície radial exterior 154a e, uma superfície

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33/47 radial exterior 153b faceia uma superfície radial exterior 154b. Superfícies 153a, 153b, 154a e 154b são superfícies radiais, uma vez que elas se estendem radialmente em relação à linha de centro 147. Além disto, superfícies 153a, 154a são superfícies exteriores, uma vez que elas são posicionadas para longe da linha de centro 147. As superfícies 153a e 154a são posicionadas para longe da linha de centro 147 uma vez que elas são posicionadas ainda mais para longe da linha de centro 147 do que as superfícies 153b e 154b. As superfícies 153b e 154b são superfícies interiores, uma vez que elas são posicionadas no sentido da linha de centro 147. As superfícies 153b e 154b são posicionadas no sentido da linha de centro 147, uma vez que elas são posicionadas mais próximas da linha de centro 147 do que as superfícies 153a e 154a.

[00100] As superfícies 153a e 153b são espaçadas separadas uma da outra para formar um ombro anelar 156 e superfícies 154a e 154b são espaçadas separadas uma da outra para formar um ombro anelar 157. Os ombros anelares 156 e 157 são posicionados no sentido de superfícies interiores 153b e 154b, respectivamente. Os ombros anelares 156 e 157 são posicionados para longe de superfícies interiores 153a e 154a, respectivamente. As superfícies interiores 153b e 154b são espaçadas separadas uma da outra, e os ombros anelares 156 e 157 são espaçados separados um do outro para formar uma ranhura anelar 155.

[00101] As superfície 153a e 154a são espaçadas separadas uma da outra quando o sub adaptador 136 e a broca rotativa para terra 102 estão na condição engatada, de modo que a força de superposição F não escoa entre o sub adaptador 136 e a broca rotativa para terra 102 através das superfícies 153a e 154a. Desta maneira, a força de superposição F é restringida quanto a escoar entre o sub adaptador 136 e a broca rotativa para terra 102 através das superfícies 153a, 154a. Além disto, as superfícies 153b, 154b são espaçadas separadas uma da outra quando o sub adaptador 136 e a broca rotativa para

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34/47 terra 102 estão na condição engatada, de modo que a força de superposição F não escoa entre o sub adaptador 136 e a broca rotativa para terra 102 através das superfícies 153b e 154b. Desta maneira, a força de superposição F é restringida quanto a escoar entre o sub adaptador 136 e a broca rotativa para terra 102 através de superfícies 153b e 154b.

[00102] A força de superposição F escoa de maneira mais eficiente entre o sub adaptador 136 e a broca rotativa para terra 102 através das superfícies 158 e 159 do que através das roscas trapezoidais de junta de ferramenta 143 e roscas trapezoidais de broca rotativa 144. A força de superposição F experimenta mais atenuação em resposta a escoamento através de roscas de junta trapezoidais de ferramenta 143 e roscas trapezoidais de broca rotativa 144 do que através das superfícies 158 e 159. A força de superposição F experimenta menos atenuação em resposta a escoamento através das superfícies 158 e 159 do que através de roscas trapezoidais de junta de ferramenta 143 e roscas trapezoidais de broca rotativa para terra 144. Desta maneira, a força de superposição F escoa de maneira mais eficiente através de superfícies 158 e 159 do que através de roscas trapezoidais de junta de ferramenta 143 e roscas trapezoidais de broca rotativa para terra 144.

[00103] A figura 7d é uma vista lateral de roscas trapezoidais de broca rotativa para terra 144 em uma região 145 da figura 7b e a figura 7e é uma vista lateral de roscas trapezoidais de junta de ferramenta 143 na região 145 da figura 7b. Na região 145 da figura 7b roscas trapezoidais de junta de ferramenta 143 e roscas trapezoidais de broca rotativa 144 são engatadas juntas em rosqueamento.

[00104] Como mostrado na figura 7d, roscas de broca rotativa para terra 144 incluem uma raiz de rosca para broca para terra 180 e crista de rosca de broca para terra 181. Nesta modalidade a raiz de rosca de broca para terra 180 inclui uma parede longitudinal 185 e paredes laterais afuniladas 184 a 185. Paredes laterais afuniladas 184 e 186 se estendem a partir de extremidades

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35/47 opostas da parede longitudinal 185 no sentido da linha de centro 147 (figura 7b). A parede longitudinal 185 é paralela à linha de referência longitudinal 192 e perpendicular a uma linha de referência radial 191. A parede longitudinal 185 se estende com um ângulo φ em relação à linha de centro 147.

[00105] Nesta modalidade a raiz de rosca de broca para terra 180 inclui uma parede longitudinal 183 e uma parede lateral afunilada 182. A parede lateral afunilada 182 se estende desde uma extremidade da parede longitudinal 185 oposta à parede lateral afunilada 184 e no sentido da linha de centro 147 (figura 7b). A parede longitudinal 183 é paralela à linha de referência longitudinal 192 e parede longitudinal 185 e perpendicular a uma linha de referência radial 191. A parede longitudinal 183 se estende em um ângulo φ em relação à linha de centro 147. As paredes laterais afuniladas das roscas trapezoidais de broca rotativa para terra 144 se estendem em um ângulo não paralelo em relação à linha de referência longitudinal 192, como será discutido em mais detalhe abaixo.

[00106] As roscas de broca rotativa para terra 144 têm um passo L₂ onde o passo L₂ é um comprimento ao longo da linha de referência longitudinal 192 em que a raiz de rosca de broca para terra 180 e a crista de rosca de broca para terra 181 se estendem. Mais informação em relação ao passo de uma rosca pode ser encontrada no Pedido de Patente US acima referenciado n° 20040251051. Quando o passo L₂ aumenta e diminui o número de roscas por unidade de comprimento de roscas trapezoidais de broca rotativa para terra 144 aumenta e diminui, respectivamente. Quando o passo L₂ aumenta e diminui, o número de raízes de rosca de broca para terra 180 por unidade de comprimento aumenta e diminui, respectivamente. Além disto, quando o passo L₂ aumenta e diminui, o número de cristas de rosca de broca para terra 181 por unidade de comprimento aumenta e diminui, respectivamente.

[00107] O passo de rosca L₂ pode ter diversos valores de comprimento

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36/47 diferentes. Em algumas modalidades o passo de rosca L2 tem um valor de comprimento em uma faixa entre cerca de um quarto de uma polegada até cerca de 1 polegada. Em algumas modalidades o passo de rosca L2 tem um valor de comprimento em uma faixa entre cerca de metade de 1 polegada até cerca de 1 polegada (12,7 mm até 25,4 mm). Em uma modalidade particular o passo de rosca L2 tem um valor de comprimento de um oitavo de polegada (8,4 mm).

[00108] Como mencionado acima, as paredes laterais afuniladas das roscas trapezoidais de broca rotativa para terra 144 se estendem em um ângulo não paralelo em relação à linha de referência longitudinal 192. Por exemplo, nesta modalidade a parede lateral afunilada 182 se estende em um ângulo 03 em relação à linha de referência radial 191. Além disto, a parede lateral afunilada 184 se estende em um ângulo 04 em relação à linha de referência radial 161. Deveria ser observado que as paredes laterais afuniladas de roscas trapezoidais de broca rotativa para terra 144 se estendem na mesma magnitude de ângulo em relação à linha de referência longitudinal 192.

Λ [00109] Ângulos Θ3 e Θ4 podem ter diversos valores angulares diferentes. Em algumas modalidades ângulos Θ3 e Θ4 estão em uma faixa entre cerca de 1 ⁰ até cerca de 9 °. Em algumas modalidades ângulos Θ3 e Θ4 estão em uma faixa entre cerca de um e meio ⁰ até cerca de 8 °. Em algumas modalidades ângulos Θ3 e Θ4 estão em uma faixa entre cerca de 3 ⁰ até cerca de 5 °. Em uma modalidade particular, ângulos Θ3 e Θ4 são, cada um, igual a cerca de 4,75°. Em algumas modalidades ângulos Θ3 e Θ4 são iguais um ao outro e em outras modalidades ângulos Θ3 e Θ4 não são iguais um ao outro. Em algumas modalidades ângulos Θ3 e Θ4 são, cada um, iguais ao ângulo φ e em outras modalidades ângulos Θ3 e Θ4 não são iguais ao ângulo φ. Deveria ser observado que os valores para ângulos Θ3 e Θ4 não estão mostrados em escala na figura 7b.

[00110] Em geral os ângulos Θ3 e Θ4 são escolhidos para reduzir a

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37/47 probabilidade que a broca rotativa para terra 102 e sub adaptador 136 venham sobre apertar um ao outro. Além disto, ângulos 03 e 04 são escolhidos para aumentar a eficiência com a qual a força de superposição F é transferida do conjunto martelo 103 para a broca rotativa para terra 102 através do sub adaptador 137. Em geral, a eficiência na qual a força de superposição F é transferida do conjunto martelo 103 para a broca rotativa para terra 102 através do sub adaptador 136 aumenta e diminui quando os ângulos Θ3 e Θ4 diminuem e aumentam, respectivamente.

[00111] Deveria ser observado que o ângulo de hélice das roscas trapezoidais de broca rotativa para terra 144 pode ter diversos valores angulares diferentes. Mais informação relativa ao ângulo de hélice de uma rosca pode ser encontrada nas referências acima, Pedido de Patente US número 20040251051. Em algumas modalidades o ângulo de hélice das roscas trapezoidais da broca rotativa para terra 144 está em uma faixa entre cerca de 1 ⁰ até cerca de 10 °. Em algumas modalidades um ângulo de hélice de roscas trapezoidais de broca rotativa para terra 144 está em uma faixa entre cerca de um e meio ⁰ até cerca de 5 °. Em uma modalidade particular, o ângulo de hélice de roscas trapezoidais de broca rotativa para terra 144 é cerca de dois e meio °.

[00112] Como mostrado na figura 7e, roscas trapezoidais de junta de ferramenta 143 incluem uma raiz de rosca de junta de ferramenta 170 e uma crista de rosca de junta de ferramenta 171. Nesta modalidade a raiz da rosca de junta de ferramenta 170 inclui uma parede longitudinal 175 e paredes laterais afuniladas 174 e 176. Paredes laterais afuniladas 174 e 176 se estendem desde extremidades opostas de parede longitudinal 175 e no sentido da linha de centro 147 (figura 7b). A parede longitudinal 175 é paralela à linha de referência longitudinal 192 e perpendicular a uma linha de referência radial 191. A parede longitudinal 175 se estende em um ângulo φ em relação à linha de centro 147.

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38/47 [00113] Nesta modalidade a raiz de rosca de junta de ferramenta 170 inclui uma parede longitudinal 173 e uma parede lateral afunilada 172. A parede lateral afunilada 172 se estende desde uma extremidade de parede longitudinal 175 oposta à parede lateral afunilada 174 e no sentido da linha de centro 147 (figura 7b). A parede longitudinal 173 é paralela à linha de referência longitudinal 192 e parede longitudinal 175 e perpendicular à linha de referência radial 191. A parede longitudinal 173 se estende em um ângulo φ em relação à linha de centro 147. As paredes laterais afuniladas das roscas trapezoidais de junta de ferramenta de broca 143 se estendem em um ângulo não paralelo em relação à linha de referência longitudinal 192, como será discutido em mais detalhe abaixo.

[00114] As roscas trapezoidais de junta de ferramenta 142, 143 tem um passo Li no qual o passo Li é um comprimento ao longo da linha de referência longitudinal 192 em que a raiz de rosca de junta de ferramenta 170 e crista de rosca de junta de ferramenta 171 se estendem. Quando o passo Li aumenta e diminui o número de roscas por unidade de comprimento de roscas trapezoidais de junta de ferramenta 143 aumenta e diminui, respectivamente. Quando o passo Li aumenta e diminui, o número de raízes de rosca de junta de ferramenta 170 por unidade de comprimento aumenta e diminui, respectivamente. Além disto, quando o passo Li aumenta e diminui, o número de cristas de rosca de junta de ferramenta 171 por unidade de comprimento aumenta e diminui, respectivamente.

[00115] O passo de rosca Li pode ter diversos valores de comprimento diferentes. Em algumas modalidades o passo de rosca Li tem um valor de comprimento em uma faixa entre cerca de um quarto de polegada até cerca de 1 polegada.

[00116] Em algumas modalidades o passo de rosca Li tem um valor de comprimento em uma faixa entre cerca de metade de uma polegada até cerca de 1 polegada. Em uma modalidade particular, o passo de rosca Li tem um

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39/47 valor de comprimento de um oitavo de polegada. Deveria ser observado que passos de rosca Li e L2 são genericamente o mesmo para facilitar a capacidade de mover de maneira repetitiva o sub adaptador 136 e a broca rotativa para terra 102 entre condições acoplada e desacoplada.

[00117] Como mencionado acima, as paredes laterais afuniladas de roscas trapezoidais de junta de ferramenta 143 se estendem em um ângulo não paralelo em relação à linha de referência longitudinal 192. Por exemplo, nesta modalidade a parede lateral afunilada 174 se estende em um ângulo θι em relação à linha de referência radial 190. Além disto, a parede lateral afunilada 176 se estende em um ângulo 02 em relação à linha de referência radial 190. Deveria ser observado que as paredes laterais afuniladas de roscas trapezoidais de junta de ferramenta 143 se estendem na mesma magnitude de ângulo em relação à linha de referência longitudinal 192. Além disto, as paredes laterais afuniladas das roscas trapezoidais de junta de ferramenta 143 genericamente se estendem da mesma magnitude de ângulo em relação à linha de referência longitudinal 192 quando as paredes laterais afuniladas de roscas trapezoidais de broca rotativa para terra 144 para facilitar a capacidade de mover de maneira repetitiva o sub adaptador 136 e a broca rotativa para terra 102 entre condições acoplada e desacoplada.

[00118] Os ângulos θι e 02 podem ter diversos valores angulares diferentes. Em algumas modalidades ângulos Oi e Θ2 estão em uma faixa entre cerca de 1 ⁰ até cerca de 9 °. Em algumas modalidades ângulos Oi e Θ2 estão em uma faixa entre cerca de 1,5 ⁰ até cerca de 8 °. Em algumas modalidades ângulos Oi e Θ2 estão em uma faixa entre cerca de 3 ⁰ até cerca de 5 °. Em uma modalidade particular ângulos Oi e Θ2 são, cada um, iguais a cerca de quatro e três quartos de grau. Em algumas modalidades ângulos Oi e Θ2 são iguais um ao outro; em outras modalidades ângulos Oi e Θ2 não são iguais um ao outro. Em algumas modalidades ângulos Oi e Θ2 são, cada um, iguais a um ângulo φ e em outras modalidades ângulos Oi e Θ2 não são iguais ao ângulo φ. Deveria

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40/ 47 ser observado que os valores para ângulos Oi e 02 172 não estão mostrados em escala na figura 7e.

[00119] Em geral, os ângulos θι e 02 são escolhidos para reduzir a probabilidade que a broca rotativa para terra 102 e o sub adaptador 103 venham sobre apertar um ao outro. Além disto, ângulos Oi e 02 são escolhidos para aumentar a eficiência na qual a força de superposição F é transferida do conjunto martelo 103 para a broca rotativa para terra 102 através do sub adaptador 136. Em geral a eficiência na qual a força de superposição F é transferida do conjunto martelo 103 para a broca rotativa para terra 102 através do sub adaptador 136 aumenta e diminui quando ângulos Oi e 02 diminuem e aumentam, respectivamente. Deveria ser observado que ângulos θι, θ2, 03 e Θ4 genericamente tenham o mesmo valor de magnitude angular para facilitar a capacidade para mover de maneira repetitiva o sub adaptador 136 e a broca rotativa para terra 102 entre as condições acoplada e desacoplada.

[00120] Também deveria ser observado que o ângulo de hélice de roscas trapezoidais de junta de ferramenta 143 pode ter diversos valores angulares diferentes. Em algumas modalidades o ângulo de hélice de roscas trapezoidais de junta de ferramenta 143 está em uma faixa entre cerca de 1 ° até cerca de 10 °. Em algumas modalidades o ângulo de hélice de roscas trapezoidais de junta de ferramenta 143 está em uma faixa entre cerca de 1,5 ° até cerca de 5 °. Em uma modalidade particular o ângulo de hélice de roscas trapezoidais de junta de ferramenta 143 é cerca de 2,5 °. Deveria ser observado que o ângulo de hélice de roscas trapezoidais de junta de ferramenta 143 e roscas trapezoidais de broca rotativa para terra 144 são genericamente o mesmo para facilitar a capacidade de mover de maneira repetitiva o sub adaptador 136 e a broca rotativa para terra 102 entre condições acoplada e desacoplada.

[00121] A figura 8a é um fluxograma de um método 200 de acordo com a invenção de perfurar um furo. Nesta modalidade o método 200 inclui uma

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41/47 etapa 201 de fornecer um sistema de broca rotativa no qual o sistema de broca rotativa inclui um mandril de acionamento e sub adaptador engatados juntos de maneira deslizante, uma broca rotativa para terra acoplada ao sub adaptador e um pistão móvel de maneira repetitiva entre posições engatada e desengatada com o sub adaptador. O sub adaptador desliza em relação ao mandril de acionamento em resposta ao pistão se mover entre as posições desengatada e engatada.

[00122] O método 200 inclui uma etapa 202 de escoar um fluido através do sistema de broca rotativa de modo que o pistão move entre as posições engatada e desengatada. Desta maneira o pistão move entre as posições engatada e desengatada em resposta a ser atuado por um fluido. A broca rotativa para terra move entre posições estendida e retraída em resposta ao pistão mover entre as posições engatada e desengatada.

[00123] A figura 8b é um fluxograma de um método 210 de acordo com a invenção de perfurar um furo. Nesta modalidade o método 210 inclui uma etapa 211 de fornecer um sistema de broca rotativa no qual o sistema de broca rotativa inclui um mandril de acionamento e sub adaptador engatados juntos de maneira deslizante, uma broca rotativa para terra acoplada ao sub adaptador e um pistão móvel de maneira repetitiva entre posições engatada e desengatada com o sub adaptador. O sub adaptador desliza em relação ao mandril de acionamento em resposta ao pistão mover entre as posições desengatada e engatada.

[00124] Nesta modalidade o pistão inclui uma porta de pistão de retomo posicionada para longe do sub adaptador e porta de pistão de acionamento posicionada próxima ao sub adaptador. Além disto, o sistema de broca rotativa pode incluir um tubo de controle de escoamento com uma porta guia de retomo e uma porta guia de acionamento. A porta guia de retomo é móvel de maneira repetitiva entre uma primeira posição em comunicação com a porta de pistão de retomo e uma segunda posição não em comunicação com a

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42/47 porta de pistão de retomo. Além disto, a porta guia de acionamento é móvel de maneira repetitiva entre uma primeira posição em comunicação com a porta de pistão de acionamento e uma segunda posição não em comunicação com a porta de pistão de acionamento.

[00125] O método 210 inclui uma etapa 212 de escoar um fluido através das portas do pistão de modo que ele se move entre as posições engatada e desengatada. Desta maneira o pistão move entre as posições engatada e desengatada em resposta a ser atuado por um fluido. A broca rotativa para terra move entre posições estendida e retraída em resposta ao pistão mover entre as posições engatada e desengatada.

[00126] A figura 8c é um fluxograma de um método 220 de acordo com a invenção de fabricar um sistema de broca rotativo. Nesta modalidade o método 220 inclui uma etapa 221 de fornecer uma broca rotativa para terra, uma etapa 222 de acoplar um conjunto martelo à broca rotativa para terra. De acordo com a invenção o conjunto martelo inclui um mandril de acionamento e sub adaptador engatados juntos de maneira deslizante e de um pistão móvel de maneira repetitiva entre posições engatada e desengatada com o sub adaptador. O sub adaptador desliza em relação ao mandril de acionamento em resposta ao pistão mover entre as posições desengatada e engatada. A broca rotativa para terra é acoplada ao sub adaptador de modo que ele desliza em resposta ao sub adaptador deslizar.

[00127] Uma coluna de perfuração é acoplada ao conjunto martelo e escoa um fluido através de toda ela. O pistão move entre as posições engatada e desengatada em resposta ao escoamento do fluido. Desta maneira o pistão move entre as posições engatada e desengatada em resposta a ser atuado com um fluido. Além disto, a broca rotativa para terra move entre posições estendida e retraída em resposta ao pistão mover entre as posições engatada e desengatada.

[00128] A figura 8d é um fluxograma de um método 230 de acordo com a

Petição 870180148452, de 06/11/2018, pág. 48/110 invenção de fabricar um sistema de broca rotativo. Nesta modalidade o método 230 inclui uma etapa 231 de fornecer uma broca rotativa para terra e uma etapa 232 de acoplar um conjunto martelo à broca rotativa para terra. Nesta modalidade o conjunto martelo inclui um mandril de acionamento e um sub adaptador engatados juntos de maneira deslizante e um pistão móvel de maneira repetitiva entre posições engatada e desengatada com o sub adaptador. O sub adaptador desliza em relação ao mandril de acionamento em resposta ao pistão mover entre as posições desengatada e engatada.

[00129] Nesta modalidade o pistão inclui uma porta de pistão de acionamento posicionada para longe do sub adaptador e uma porta de pistão de acionamento posicionada próxima ao sub adaptador. Além disto, o sistema de broca rotativa pode incluir um tubo de controle de escoamento com uma porta guia de retomo e uma porta guia de acionamento. A porta guia de retomo é móvel de maneira repetitiva entre uma primeira posição em comunicação com a porta de pistão de retomo e uma segunda posição não em comunicação com a porta de pistão de retomo. Além disto, a porta guia de acionamento é móvel de maneira repetitiva entre uma primeira posição em comunicação com a porta de pistão de acionamento e uma segunda posição não em comunicação com a porta de pistão de acionamento.

[00130] Em operação o pistão move entre as posições engatada e desengatada em resposta a um fluido que escoa através do sistema de broca rotativa. Desta maneira o pistão move entre as posições engatada e desengatada em resposta a ser atuado por um fluido. A broca rotativa para terra move entre posições estendida e retraída em resposta ao pistão mover entre as posições engatada e desengatada.

[00131] Deveria ser observado que o método 200 pode incluir diversas outras etapas, diversas das quais estão discutidas em mais detalhe com o método 210. Além disto, o método 220 pode incluir diversas outras etapas, diversas das quais estão discutidas em mais detalhe com o método 230.

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Também deveria ser observado que as etapas nos métodos 200, 210, 220 e 230 podem ser realizadas em diversas ordens diferentes.

[00132] A figura 9a é um fluxograma de um método 240 de acordo com a invenção de perfurar através de uma formação. Nesta modalidade o método 240 inclui uma etapa 241 de fornecer uma broca para terra acoplada operacionalmente a uma máquina de perfurar com uma coluna de perfuração, na qual a máquina de perfurar aplica um peso sobre broca para terra através da coluna de perfuração. O método 240 inclui uma etapa 242 de aplicar uma força de superposição à broca para terra, na qual a força de superposição está em uma faixa de cerca de 1 pé libra por polegada quadrada (214,3 kg/m) até cerca de 4 pé libras por polegada quadrada (857,2 kg/m).

[00133] O peso sobre broca pode estar em diversas faixas diferentes. Por exemplo, uma modalidade o peso sobre broca está em uma faixa de cerca de 1.000 libras (454 kg) por polegada de diâmetro de furo até cerca de 10.000 libras (4540 kg) por polegada quadrada de diâmetro de furo. A força de superposição pode ser aplicada à broca para terra em diversas maneiras diferentes. Por exemplo, em algumas modalidades a força de superposição é aplicada à broca para terra com um conjunto martelo. Nestas modalidades o conjunto martelo opera em resposta ao escoamento de fluido através da coluna de perfuração.

[00134] Deveria ser observado que o método 240 pode incluir diversas outras etapas. Por exemplo, em algumas modalidades o método 240 inclui uma etapa de aplicar a força de superposição à broca para terra em uma taxa em uma faixa de cerca de 1100 vezes por minuto até cerca de 1400 vezes por minuto. Em algumas modalidades o método pode incluir uma etapa de ajustar a força de superposição em resposta a ajustar um escoamento de fluido através da coluna de perfuração. O método 240 pode incluir uma etapa de ajustar uma amplitude e/ou frequência a força de superposição em resposta a uma indicação de uma taxa de penetração da broca para terra através da

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Α5/ΑΠ formação. O método 240 pode incluir uma etapa de fornecer um escoamento de ar através da coluna de perfuração a uma taxa na faixa de cerca de mil pés cúbicos por minuto (28,3 m³) até cerca de quatro mil pés cúbicos por minuto (113,2 m³). O método 240 pode incluir uma etapa de fornecer um escoamento de ar através da coluna de perfuração a uma pressão em uma faixa de cerca de quarenta libras por polegada quadrada (40 psi, 2,81 kg/cm²) até cerca de oitenta libras por polegada quadrada (80 psi, 5,62 kg/cm²).

[00135] A figura 9b é um fluxograma de um método 250 de acordo com a invenção de perfurar através de uma formação. Nesta modalidade o método 250 inclui uma etapa 251 de fornecer uma máquina de perfurar e coluna de perfuração e uma etapa 252 de acoplar operacionalmente uma broca para terra à máquina de perfurar através da coluna de perfuração. O método 250 inclui uma etapa 253 de fornecer um escoamento de ar através da coluna de perfuração em uma pressão de ar em uma faixa de cerca de 40 libras por polegada quadrada (40 psi, 2,81 kg/cm²) até cerca de 80 libras por polegada quadrada (80 psi, 5,62 kg/cm²) e uma etapa 254 de aplicar uma força de superposição à broca para terra na qual a força de superposição é menor do que cerca de 5 pés libra por polegada quadrada.

[00136] A força de superposição pode estar em diversas faixas diferentes. Por exemplo, em uma modalidade a força de superposição está em uma faixa de cerca de 1 pé libra por polegada quadrada (214,3 kg/m) até cerca de 4 pés libra por polegada quadrada (214,3 kg/m).

[00137] Deveria ser observado que o método 250 pode incluir diversas outras etapas. Por exemplo, em algumas modalidades o método 250 inclui uma etapa de ajustar a força de superposição em resposta a uma indicação de uma taxa de penetração da broca para terra através da formação. Em algumas modalidades o método 250 inclui uma etapa de ajustar a força de superposição ao acionamento da taxa de penetração da broca para terra através da formação para uma taxa de penetração desejada. O método 250

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46/47 pode incluir uma etapa de ajustar a taxa de penetração da broca para terra através da formação ajustando no mínimo um de uma amplitude e frequência da força de superposição. O método 250 pode incluir uma etapa de aplicar um peso sobre broca à broca para terra através da coluna de perfuração na qual o peso sobre broca está em uma faixa de cerca de trinta mil libras (13620 kg) até cerca de cento e trinta mil libras (59020 kg).

[00138] A figura 9c é um fluxograma de um método 260 de acordo com a invenção de perfurar através de uma formação. Nesta modalidade um método 260 inclui uma etapa 261 de fornecer uma broca para terra acoplada operacionalmente a uma máquina de perfurar com uma coluna de perfuração, na qual a máquina de perfurar aplica um peso sobre broca à broca para terra, e uma etapa 262 de fornecer um escoamento de ar através da coluna de perfuração a uma pressão de ar menor do que cerca de oitenta libras por polegada quadrada (80 psi, 5,62 kg/cm²). O método 260 inclui uma etapa 263 de aplicar uma força de superposição variável com o tempo à broca para terra na qual a força de superposição variável com o tempo é menor do que cerca de 5 pés libra por polegada quadrada. A força de superposição variável com o tempo pode ter diversos valores diferentes. Por exemplo, em uma modalidade a força de superposição variável com o tempo está em uma faixa de cerca de 1,2 pé libra por polegada quadrada (257,2 kg/m) até cerca de 3,6 pé libra por polegada quadrada (771,5 kg/m). A mesma força de superposição variável com o tempo pode ser aplicada à broca para terra em diversas maneiras diferentes. Por exemplo, em algumas modalidades a força de superposição variável com o tempo é aplicada à terra com um conjunto martelo.

[00139] Deveria ser observado que o método 260 pode incluir diversas outras etapas. Por exemplo, em algumas modalidades o método 260 inclui uma etapa de ajustar uma amplitude da força de superposição variável com o tempo em resposta a uma indicação de uma taxa de penetração da broca para terra através da formação. Em algumas modalidades o método 260 incluir

Petição 870180148452, de 06/11/2018, pág. 52/110 /47 ajustar uma frequência da força de superposição variável com o tempo em resposta a uma indicação de uma taxa de penetração da broca para terra através da formação.

[00140] Embora modalidades particulares da invenção tenham sido mostradas e descritas, inúmeras variações e modalidades alternativas irão ocorrer àqueles versados na técnica. Consequentemente, é projetado que a invenção seja somente limitada em termos das reivindicações anexas.

Claims (11)

1. REIVINDICAÇÕES

   1. Método de perfurar através de uma formação, caracterizado pelo fato de compreender:

   acoplar operacionalmente uma broca para terra (102) a uma cabeça rotativa (167) através de uma coluna de perfuração (106), no qual a cabeça rotativa (167) aplica um peso sobre broca à broca para terra (102) através da coluna de perfuração (106); e aplicar uma força de superposição à broca para terra (102) no qual a força de superposição está em uma faixa de 214,3 kg/m até 1071,5 kg/m.
2. 2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de ainda incluir aplicar a força de superposição à broca para terra (102) em uma taxa em uma faixa de mil e cem (1100) vezes por minuto até mil e quatrocentas (1400) vezes por minuto.
3. 3. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de ainda incluir ajustar a força de superposição em resposta a ajustar um escoamento de fluido através da coluna de perfuração (106).
4. 4. Método de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de ainda incluir ajustar uma amplitude e/ou frequência da força de superposição em resposta a uma indicação de uma taxa de penetração da broca para terra (102) através da formação.
5. 5. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de ainda incluir fornecer um escoamento de ar através da coluna de perfuração (106) a uma taxa em uma faixa de 28,3 m³/min por minuto até 113,2 m³/min por minuto.
6. 6. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de ainda incluir fornecer um escoamento de ar através da coluna de perfuração (106) a uma pressão menor do que 7,03 kg/cm².
7. 7. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo

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   2/3 fato de o peso sobre broca estar em uma faixa de 70,3 kg/cm² de diâmetro de furo até 703 kg/cm² de diâmetro de furo.
8. 8. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a força de superposição ser aplicada à broca para terra (102) com um conjunto martelo (103).
9. 9. Método de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de o conjunto martelo (103) operar em resposta a um escoamento de fluido através da coluna de perfuração (106).
10. 10. Método de perfurar através de uma formação que compreende:

    fornecer uma máquina de perfurar (160) e uma coluna de perfuração (106);

    acoplar operacionalmente uma broca para terra (102) à máquina de perfurar (160) através da coluna de perfuração (106);

    fornecer um escoamento de ar através da coluna de perfuração (106) a uma pressão de ar menor do que 7,03 kg/cm²; e fornecer um escoamento de ar através da coluna de perfuração (106) a uma taxa em uma faixa de 28,3 m³/min até 113,2 m³/min, caracterizado pelo fato de uma força de superposição estar em uma faixa de 0,07 kg/cm² até 0,24 kg/cm².
11. 11. Método de perfurar através de uma formação, que compreende:

    acoplar operacionalmente uma broca para terra (102) a uma cabeça rotativa (167) com uma coluna de perfuração (106) no qual a cabeça rotativa (167) aplica um peso sobre broca à broca para terra (102);

    fornecer um escoamento de ar através da coluna de perfuração (106) a uma pressão de ar entre 2,81 kg/cm² até 7,Os kg/cm²; e fornecer um escoamento de ar através da coluna de perfuração (106) a uma taxa em uma faixa de 28,3m³/min até 113,2 m³/min,

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    3/3 caracterizado pelo fato de ainda incluir aplicar uma força de superposição variável com o tempo à broca para terra (102), no qual a força de superposição variável com o tempo é aplicada com uma força que é menor do que 0,35 kg/cm² e uma frequência que é menor do que mil e quinhentas (1500) vezes por minuto, em que a força de superposição variável com o tempo é aplicada à broca para terra (102) com um conjunto martelo (103); compreendendo adicionalmente ajustar uma amplitude da força de superposição variável com o tempo em resposta a uma indicação de uma taxa de penetração da broca para terra (102) através da formação; e ajustar uma frequência da força de superposição variável com o tempo em resposta a uma indicação de uma taxa de penetração da broca para terra (102) através da formação, em que a força de superposição variável com o tempo está em uma faixa de 0,084 kg/cm² até 0,253 kg/cm².