ITMI20070335A1 - Scalpello di perforazione a coni a rulli con percorsi di flusso detriti attraverso bracci di supporto associati - Google Patents

Description

Domanda di brevetto per invenzione industriale dal titolo:

“Scalpello di perforazione a coni a rulli con percorsi di flusso detriti attraverso bracci di supporto associati”

DESCRIZIONE

CAMPO TECNICO

La presente invenzione si riferisce a scalpelli di perforazione a coni a rulli utilizzati per scavare pozzi di trivellazione in formazioni sotterranee e più in particolare a scalpelli di perforazione a coni a rulli con protezione migliorata dei dispositivi di tenuta ai fluidi e delle strutture di cuscinetto associate grazie alla deviazione, rispetto a detti dispositivi di tenuta ai fluidi e detti sistemi di cuscinetto, dei materiali scistosi, dei residui di taglio della formazione rocciosa e di altri tipi di detriti da perforazione.

SFONDO DELLINVENZIONE

Un'ampia varietà di scalpelli di perforazione a coni a rulli e a coni rotativi è stata impiegata in passato per scavare pozzi o fori di trivellazione in formazioni sotterranee. Gli scalpelli di perforazione a coni a rulli includono in generale almeno un braccio di supporto e spesso tre bracci di supporto. Un gruppo coni può essere montato in modo girevole su un alberino o perno che si estende verso l'interno da una superficie interna di ciascun braccio di supporto. Piccole lacune sono previste in generale tra porzioni adiacenti di ciascun braccio di supporto e il gruppo coni associato per consentire la rotazione del gruppo coni relativamente al braccio di supporto rispettivo e all'alberino mentre viene perforato un pozzo.

La protezione dei cuscinetti e delle strutture di supporto correlate che consentono la rotazione di un gruppo coni rispetto a un alberino e a un braccio di supporto associato può allungare la vita di una punta di trivella a cono rotante associato. Quando il detrito di fondo foro ha la possibilità di infiltrarsi tra superfici di cuscinetto di un gruppo coni e l'alberino associato, questo in generale comporterà in tempi brevi il guasto dello scalpello di perforazione . Vari meccanismi e tecniche sono stati usati per impedire che i detriti entrino a contatto con tali superfici di cuscinetto.

Un approccio tipico consiste nelfinstallare un dispositivo di tenuta ai fluidi in una lacuna formata tra porzioni adiacenti di ciascun gruppo coni e alberino associato. Tali dispositivi di tenuta ai fluidi mantengono la lubrificazione nei cuscinetti e nelle strutture di supporto associate e impediscono l'intrusione di materiali scistosi, di residui di taglio della formazione rocciosa e di altri tipi di detriti di fondo foro. Quando il dispositivo di tenuta di fluidi cede, i detriti di fondo foro possono contaminare rapidamente le superfici di cuscinetto attraverso la lacuna. Pertanto, è importante che i dispositivi di tenuta di fluidi siano anche protetti contro il danno causato dai detriti di fondo foro.

In passato sono stati usati vari approcci per proteggere i dispositivi di tenuta di fluidi in scalpelli di perforazione a coni a rulli dai detriti di fondo foro. Un approccio consiste nell'installare bottoni di materiale duro e/o bottoni di usura su lati opposti delle lacune formate tra ciascun gruppo coni e braccio di supporto associato su porzioni esterne dello scalpello di perforazione. Bottoni duri e bottoni di usura in generale rallentano l'erosione del metallo in adiacenza a tali lacune in modo da prolungare il tempo di perforazione di fondo foro prima che un dispositivo di tenuta di fluidi associato possa essere esposto a detriti di fondo foro. Un altro approccio consiste nel formare percorsi tortuosi di flusso di fluido in prossimità di ciascuna lacuna che conduce a un dispositivo di tenuta ai fluidi associato. Percorsi tortuosi di flusso fluido consentono la rotazione di un gruppo coni rispetto a un alberino associato ma sono spesso impervi da seguire per i detriti di fondo foro.

Vari tipi di otturazioni di deviazione detriti, talvolta chiamati "sinterizzati per residui scisti" (shale bum compacts) o "otturazioni per residui scisti" (shale bu plugs) sono stati installati su superfìci interne di bracci di supporto in prossimità di porzioni di un gruppo coni associato. Tali otturazioni di deviazione possono bloccare o deviare fluidi contenenti detriti di fondo foro rispetto a un dispositivo di tenuta ai fluidi associato. Inoltre, scanalature di deviazione detriti, talvolta denominate "scanalature di deviazione scisti" (shale diverter grooves) sono state formate in superfìci interne di bracci di supporto adiacenti a un gruppo coni di taglio associato. Tali scanalature di deviazione possono deviare fluidi contenenti detriti di fondo foro rispetto a un dispositivo di tenuta ai fluidi associato.

SOMMARIO DELL'INVENZIONE

Secondo gli insegnamenti della presente invenzione, vari svantaggi e problemi associati agli scalpelli di perforazione a coni a rulli della tecnica anteriore possono essere ridotti o eliminati. Un aspetto della presente invenzione può includere l'allungamento della vita utile di perforazione di fondo foro di dispositivi di tenuta ai fluidi associati a scalpelli di perforazione a coni a rulli eliminando o diminuendo la quantità di materiali scistosi, di residui di taglio della formazione rocciosa e di altri tipi di detriti di fondo foro che entrano a contatto con tali dispositivi di tenuta ai fluidi. Uno scalpello di perforazione a coni a rulli incorporante gli insegnamenti della presente invenzione può includere uno o più bracci di supporto con percorsi di flusso fluido che si estendono attraverso di essi per deviare fluidi contenenti materiali scistosi, residui di taglio della formazione rocciosa e altri tipi di detriti di fondo foro rispetto ai dispositivi di tenuta ai fluidi associate.

Per alcune forme di realizzazione, uno o più fori di sfogo residui scisti e di sfogo detriti possono essere formati in e possono estendersi attraverso uno o più bracci di supporto di uno scalpello di perforazione a coni a rulli. Un inserto cavo per residui scisti o un inserto cavo per detriti può essere disposto all'interno di ciascun foro di sfogo per migliorare la rimozione di materiali scistosi, di residui di taglio della formazione rocciosa e di altri tipi di detriti di fondo foro dal possibile contatto con dispositivi di tenuta ai fluidi associate. Inserti cavi per detriti possono essere formati da vari tipi di materiali resistenti ad abrasione, compreso, senza limitazione a, il carburo di tungsteno. I fori di sfogo detriti e gli inserti associati possono essere disposti in adiacenza al bordo di entrata, al bordo di uscita o sia al bordo di entrata che a quello di uscita di un braccio di supporto associato.

Per alcune applicazioni il diametro di un percorso di flusso fluido che si estende attraverso un inserto per detriti può essere circa uguale al diametro del foro di sfogo detriti che si estende dall'inserto per detriti. Per altre applicazioni il diametro del percorso di flusso fluido nell’inserto per detriti può essere maggiore del diametro del foro di sfogo detriti che si estende dall'inserto per detriti. Per altre applicazioni ancora il diametro del percorso di flusso fluido nell'inserto per detriti può essere inferiore al diametro del foro di sfogo detriti che si estende dall'inserto per detriti. Inserti per detriti aventi varie configurazioni e sezioni trasversali -tra cui, ma non limitatamente a, triangolare, rettangolare, quadrata, circolare, ovale, ellittica , cilindrica e conica - possono essere usati con risultati soddisfacenti.

Un aspetto della presente invenzione include l'ottimizzazione della posizione e della configurazione di uno o più fori di sfogo detriti e inserti per detriti associati per ridurre sostanzialmente la quantità di detriti che possono entrare a contatto con dispositivi di tenuta ai fluidi associati. Riducendo la quantità di detriti che possono essere "compattati" contro, o entrare a contatto con, dispositivi di tenuta ai fluidi associati si può impedire che tali detriti compattati applichino ai dispositivi di tenuta ai fluidi una pressione che superi i limiti di progettazione associati.

Per alcune applicazioni, un inserto per detriti può essere installato in un braccio di supporto sfalsato rispetto a un foro di sfogo detriti associato. Per altre applicazioni può essere formato un inserto per detriti con un'apertura di ingresso incavata o modificata per facilitare un maggior flusso di detriti attraverso un percorso di flusso fluido associato. Per altre applicazioni ancora, può essere formato un coperchio o copertura su un inserto per detriti con un'apertura formata in adiacenza a esso per comunicare con il percorso di flusso fluido associato. Vari tipi di rivestimenti resistenti a usura possono essere applicati a porzioni di un foro di sfogo detriti e/o di inserto per detriti. Esempi di tali rivestimenti includono, ma non sono limitati a, nitrurazione ionica, nitrurazione di titanio e deposizione di vapori di diamante.

Per alcune applicazioni un percorso di flusso fluido o foro di sfogo detriti può estendersi da una prima superficie interna di un braccio di supporto a una seconda superficie, esterna, del braccio di supporto. Una scanalatura o canale può essere formata nella seconda superficie, esterna, del braccio dì supporto in adiacenza e in comunicazione con il percorso di flusso fluido per consentire un maggior flusso di fluidi contenenti materiali scistosi, residui dì taglio della formazione rocciosa e altri tipi di detriti di fondo foro passanti attraverso il percorso di flusso fluido.

Benefici tecnici della presente invenzione possono includere la presenza di uno scalpello a cono a rulli avente almeno un braccio di supporto con almeno un percorso di flusso fluido predeterminato che si estende attraverso ciascun braccio dì supporto da una prima superficie interna a una seconda superficie, esterna. I percorsi di flusso fluido predeterminati possono dar luogo a una maggiore protezione dei dispositivi di tenuta ai fluidi associate e delle strutture di cuscinetto deviando dai dispositivi di tenuta ai fluidi il fluido contenente materiali scistosi, residui di taglio della formazione rocciosa e altri tipi di detriti di fondo foro. La protezione dei dispositivi di tenuta ai fluidi dai detriti farà spesso aumentare la vita utile di perforazione di fondo foro di uno scalpello di perforazione a coni a rulli.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI

Una comprensione più completa e approfondita delle presenti forme di realizzazione e dei loro vantaggi può essere acquisita facendo riferimento alla seguente descrizione considerata congiuntamente ai disegni allegati, in cui a numeri di riferimento simili corrispondono caratteristiche simili, e in cui:

la figura 1A è un disegno schematico in sezione e in elevazione con porzioni interrotte che mostrano esempi di pozzi che possono essere scavati mediante uno scalpello di perforazione a coni a rulli incorporante insegnamenti della presente invenzione;

la figura 1B è un disegno schematico in sezione e in elevazione con porzioni interrotte che mostrano l'asta di perforazione e l'annesso scalpello di perforazione a coni a rulli della figura 1A adiacente al fondo di un pozzo;

la figura 2 è un disegno schematico in elevazione che mostra uno scalpello di perforazione a coni a rulli incorporante insegnamenti della presente invenzione;

la figura 3 è un disegno schematico parzialmente in sezione e parzialmente in elevazione con porzioni interrotte che mostrano un braccio di supporto e gruppo coni incorporante insegnamenti della presente invenzione;

la figura 4 è un disegno schematico che mostra una vista isometrica in sezione e in elevazione con porzioni interrotte di un braccio di supporto incorporante insegnamenti della presente invenzione;

la figura 5A è un disegno schematico che mostra una vista isometrica con porzioni interrotte del braccio di supporto della figura 4 con un foro di sfogo detriti e inserto disposti in una prima posizione secondo gli insegnamenti della presente invenzione;

la figura 5B è un disegno schematico che mostra una vista isometrica con porzioni interrotte del braccio di supporto della figura 4 con il foro di sfogo detriti e l'inserto per detriti disposti in una seconda posizione secondo gli insegnamenti della presenteinvenzione;

la figura 5C è un disegno schematico che mostra una vista isometrica con porzioni interrotte del braccio di supporto della figura 4 con un primo inserto per detriti, un secondo inserto per detriti e fori di sfogo detriti associati disposti in corrispondenza di posizioni rispettive secondo gli insegnamenti della presente invenzione;

la figura 6A è un disegno schematico in sezione che mostra porzioni di un inserto per detriti e il percorso di flusso fluido associato che si estende attraverso un braccio di supporto;

la figura 6B è un disegno schematico in sezione di un inserto per detriti e percorso di flusso fluido associato avente una configurazione alternativa secondo gli insegnamenti della presente invenzione;

le figure 7A-7F sono disegni schematici che mostrano viste isometriche di varie configurazioni di inserti per detriti che possono essere installati in un percorso di flusso fluido che si estende attraverso un braccio di supporto secondo gli insegnamenti della presente invenzione;

la figura 8A è un disegno schematico in sezione con porzioni interrotte che mostra una disposizione alternativa per inserto per detriti e percorso di flusso fluido associato che si estende attraverso un braccio di supporto;

la figura 8B è un disegno schematico in sezione con porzioni interrotte preso lungo le linee 8B-8B della figura 8A;

la figura 9A è un disegno schematico con porzioni interrotte che mostra una vista isometrica di un braccio di supporto con un foro di sfogo detriti che si estende attraverso il braccio di supporto secondo gli insegnamenti della presente invenzione; e

la figura 9B è un disegno schematico con porzioni interrotte che mostrano una superficie esterna del braccio di supporto della figura 9A con un’uscita per il foro di sfogo formata nella superficie esterna secondo gli insegnamenti della presente invenzione.

DESCRIZIONE DETTAGLIATA DELL’INVENZIONE

Forme di realizzazione preferite dell’invenzione e i suoi vantaggi si comprendono al meglio in riferimento alle figure 1A-9B, in cui numeri simili si riferiscono a parti uguali e simili.

Il termine "detriti" può essere usato in questa domanda di brevetto per fare riferimento a qualsiasi tipo di materiale come, ma non limitatamente a, residui di taglio della formazione rocciosa, materiali scistosi, particelle abrasive o altri di detriti di fondo foro associati alla formazione di un pozzo in una formazione sotterranea utilizzando uno scalpello di perforazione a coni a rulli.

Il termine "gruppo coni" può essere utilizzato in questa domanda di brevetto per includere vari tipi e forme di gruppi cono a rulli e gruppi cono di taglio montati girevolmente a un braccio di supporto. I gruppi cono possono anche essere denominati "coni a rulli" o "coni di taglio". I gruppi cono possono avere una forma esterna complessivamente conica o possono avere una forma esterna più arrotondata. I gruppi cono associati con scalpelli di perforazione a coni a rulli in generale puntano verso l'intemo, l'uno verso l'altro. Per alcune applicazioni, come scalpelli di perforazione a coni a rulli aventi solo un gruppo coni, il gruppo coni può avere una forma esterna che si avvicina a una configurazione complessivamente sferica.

Il termine "elemento di taglio" può essere usato in questa domanda di brevetto per includere vari tipi di sinterizzati, inserti, denti zigrinati e sinterizzati saldati adatti per essere usati con scalpelli di perforazione a coni a rulli. Il termine "struttura di taglio" può essere usato in questa domanda di brevetto per includere varie combinazioni e disposizioni di elementi di taglio formati su, o fissati a, uno o più gruppi cono di uno scalpello di perforazione a coni a rulli.

Il termine "struttura di cuscinetto" può essere usato in questa domanda di brevetto per includere un qualsiasi cuscinetto adatto, sistema di cuscinetto adatto e/o struttura di supporto adatta per montare girevolmente un gruppo coni su un braccio di supporto. Per esempio, una "struttura di cuscinetto" può includere gole di scorrimento interne ed esterne e elementi boccola per formare un cuscinetto di rotazione su perno, un cuscinetto a rulli (compreso, ma nonlimitato a, un cuscinetto a rulli-sfere-rulli-rulli, un cuscinetto a rulli-sfere-rulli e un cuscinetto a rulli-sfere-attrito) o un'ampia varietà di cuscinetti compatti. Inoltre, una struttura di cuscinetto può includere elementi di interfaccia come boccole, rulli, sfere e aree di materiali duri usati per montare girevolmente un gruppo coni con un braccio di supporto.

Il termine "alberino" può essere usato in questa domanda di brevetto per includere un qualsiasi perno, albero, perno di supporto o struttura adatti per il montaggio di un gruppo coni girevolmente su un braccio di supporto. Una struttura di cuscinetto è tipicamente disposta tra porzioni adiacenti di un gruppo coni e un alberino per consentire la rotazione del gruppo coni rispetto all'alberino e al braccio di supporto associato.

Il termine "dispositivo di tenuta ai fluidi" può essere usato in questa domanda di brevetto per includere un qualsiasi tipo di dispositivo di tenuta, anello di tenuta, anello di sicurezza, dispositivo di tenuta elastomerica, gruppo di guarnizione o qualsiasi altro componente adatto per formare una barriera ai fluidi tra porzioni adiacenti di un gruppo coni e di un alberino associato. Esempi di dispositivi di tenuta ai fluidi associati a scalpelli di perforazione a coni a rulli includono, ma non sono limitati a, anelli toroidali di tenuta, anelli di guarnizione e dispositivi di tenuta metallo-contrometallo. I dispositivi di tenuta ai fluidi possono essere collocati in scanalature per dispositivo di tenuta o in anelli passatreccia.

termine "foro di sfogo detriti" può essere usato in questa domanda di brevetto per comprendere un foro di sfogo residui scisti o un qualsiasi tipo di foro o di percorso di flusso fluido che si estenda tra una superficie interna di un braccio di supporto e una superficie esterna del braccio di supporto utilizzabile per consentire il flusso di fluido contenente detriti dalla superficie interna del braccio di supporto alla superficie esterna del braccio di supporto.

Il termine "scalpello di perforazione a coni a rulli" può essere utilizzato in questa domanda di brevetto per descrivere un qualsiasi tipo di scalpello di perforazione avente almeno un braccio di supporto con un gruppo coni montato girevolmente su di esso. Gli scalpelli di perforazione a coni a rulli possono essere talvolta descritti come "scalpelli di perforazione a coni rotativi", "scalpelli di perforazione a coni di taglio" o "scalpelli roccia rotativi". Gli scalpelli di perforazione a coni a rulli spesso includono un corpo scalpello con tre bracci di supporto che si estendono da esso e un rispettivo gruppo coni montato girevolmente su ciascun braccio di supporto. Tali scalpelli di perforazione possono anche essere descritti come "scalpelli di perforazione triconici". Comunque, gli insegnamenti della presente invenzione possono essere usati in modo soddisfacente con scalpelli di perforazione aventi un braccio di supporto, due bracci di supporto o un altro numero qualsiasi di bracci di supporto e gruppi coni associati.

La figura 1A è un disegno schematico in elevazione e in sezione con porzioni interrotte che mostra esempi di pozzi o fori di trivellazione che possono essere formati mediante scalpelli di perforazione a coni a rulli incorporanti insegnamenti della presente invenzione. Vari aspetti della presente invenzione possono essere descritti in relazione all'impianto di trivellazione 20 situato in corrispondenza della superficie pozzo 22. Vari tipi di attrezzature di perforazione, come una tavola rotante, pompe per il fango e cisterne per il fango (non espressamente mostrate) possono essere situate in corrispondenza della superficie pozzo 22. L'impianto di trivellazione 20 può avere varie caratteristiche e proprietà associate a un "impianto di perforazione su terraferma". Comunque, gli scalpelli di perforazione a coni a rulli incorporanti insegnamenti della presente invenzione possono essere usati in modo soddisfacente con attrezzature di perforazione situate su piattaforme petrolifere offshore, navi attrezzate per la perforazione, chiatte semisommergibili e attrezzate per la perforazione (non espressamente mostrate).

Lo scalpello di perforazione a coni a rulli 40, come mostrato nelle figure 1A, 1B e 2, può essere fissato all'estremità di un'asta di perforazione 24 che si estende dalla superficie del pozzo 22. Gli scalpelli di perforazione a coni a rulli, come lo scalpello di perforazione 40 scavano normalmente pozzi frantumando o penetrando una formazione rocciosa e raschiando o tagliando materiali della formazione rocciosa dal fondo del pozzo usando elementi di taglio che spesso producono alte concentrazioni di particelle fini abrasive.

L'asta di perforazione 24 può al tempo stesso applicare un peso allo scalpello di perforazione a coni a rulli 40 e provocarne la rotazione, in modo da scavare il pozzo 30. L'asse di rotazione 46 dello scalpello di perforazione a coni a rulli 40 può talvolta essere denominato "asse di rotazione scalpello". Si veda la figura 2. Il peso dell'asta di perforazione associata 25 (talvolta denominata "peso sullo scalpello" verrà generalmente applicata allo scalpello di perforazione a coni a rulli 40 lungo l'asse di rotazione scalpello 46.

Per alcune applicazioni possono anche essere usati vari tipi di motori da fondo foro (non mostrati espressamente) per fare ruotare uno scalpello di perforazione a coni a rulli incorporante insegnamenti della presente invenzione. La presente invenzione non è limitata a scalpelli di perforazione a coni a rulli associati ad aste di perforazione convenzionali.

L'asta di perforazione 24 può essere formata da sezioni o giunti di condutture di perforazioni tubolari, generalmente cave (non espressamente mostrate). L'asta di perforazione 24 può anche comprendere un gruppo di fondo foro 26 formato da un'ampia varietà di componenti. Per esempio i componenti 26a, 26b e 26 c possono essere selezionati dal gruppo che consiste di, ma non è limitato a, collari di perforazione, utensili di direzionamento rotativo, utensili di perforazione direzionale e/o motore da trivellazione di pozzo. Il numero di componenti, come collari di perforazione e diversi tipi di componenti in un gruppo di fondo foro dipenderanno dalle condizioni di perforazione di fondo foro previste e dal tipo di pozzo che verrà scavato dall’asta di perforazione 24 e dallo scalpello di perforazione a coni a rulli 40.

Lo scalpello di perforazione a coni a rulli 40 può essere fissato con il gruppo di fondo foro 26 all'estremità dell'asta di perforazione 24 opposta alla superficie del pozzo 22. Il gruppo di fondo foro 26 avrà in generale un diametro esterno compatibile con altre porzioni dell’asta di perforazione 24. L'asta di perforazione 24 e lo scalpello di perforazione a coni a rulli 40 possono essere usati per scavare vari tipi di pozzi e/o fori ditrivellazione. Per esempio, il pozzo orizzontale 30a mostrato in figura 1A in linee tratteggiate, può essere scavato usando l'asta di perforazione 24 e Io scalpello di perforazione a coni a rulli 40. Pozzi orizzontali vengono spesso scavati in formazioni gessose e in altri tipi di formazioni scistose. L'interazione tra lo scalpello di perforazione a coni a rulli 40 e le formazioni dì tipo gessoso o scistoso possono produrre una grande quantità dì particelle fini altamente abrasive e di altri tipi di detriti di fondo foro.

Il pozzo 30 può essere definito in parte dall'asta di rivestimento 32 che si estende dalla superficie del pozzo 22 fino a una posizione scelta lungo il foro. Come mostrato nelle figure 1 A e 1 B, porzioni rimanenti del pozzo 30 possono essere descritte come "pozzo aperto" (privo di rivestimento). Il fluido di perforazione può essere pompato dalla superficie del pozzo 22 attraverso l'asta di perforazione 24 allo scalpello di perforazione a coni a rulli 40 a essa fissato. Il fluido di perforazione può essere fatto circolare di ritorno alla superficie pozzo 22 attraverso il toro 34 definito in parte dal diametro esterno 25 dell'asta di perforazione 24 e il diametro interno 31 del pozzo 30. Il diametro interno 31 può pure essere denominato la "parete laterale" del pozzo 30. Per alcune applicazioni il toro 34 può anche essere definito dal diametro esterno 25 dell'asta di perforazione 24 e il diametro interno 33 dell'asta di rivestimento 32.

Il tipo di fluido di perforazione usato per formare il pozzo 30 può essere selezionato in base alle caratteristiche di progettazione associate allo scalpello di perforazione a coni a rulli 40, alle caratteristiche previste di ciascuna formazione che viene perforata lungo il foro e alla presenza di idrocarburi o altri fluidi prodotti da una o più formazioni di fondo foro adiacenti al pozzo 30. Fluidi di perforazione possono essere usati per rimuovere residui di taglio della formazione rocciosa e altri detriti di fondo foro (non espressamente mostrati) dal pozzo 30 alla superficie pozzo 22. I residui di taglio della formazione rocciosa possono formarsi quando lo scalpello di perforazione a coni a rulli 40 impegna l'estremità 36 del pozzo 30.

L'estremità 36 può talvolta essere denominata "foro di fondo" 36. I residui di taglio della formazione rocciosa possono anche formarsi quando lo scalpello di perforazione a coni a rulli 40 impegna l'estremità 36a del pozzo orizzontale 30a. Il fluidi di perforazione possono assistere nella formazione di pozzi 30 e/o 30a allontanando, abradendo e/ o erodendo porzioni adiacenti della formazione di fondo foro 38. Di conseguenza il fluido di perforazione che circonda lo scalpello di perforazione a coni a rulli 40 in corrispondenza delle estremità 36 del pozzo 30 può avere un'alta concentrazione di particelle fini abrasive e di altri tipi di detriti.

Il fluido di perforazione viene tipicamente usato per il controllo pozzo tramite il mantenimento dell'equilibrio desiderato di pressione del fluido nel pozzo 30. il peso o la densità di un fluido di perforazione vengono generalmente selezionati in modo da impedire un flusso di fluido indesiderato da una formazione di fondo foro adiacente in un pozzo associato e per impedire il flusso indesiderato del fluido di perforazione dal pozzo nella formazione di fondo foro adiacente. Vari additivi possono essere usati per regolare il peso o la densità dei fluidi di perforazione. Tali additivi e/o il fluido di perforazione risultante possono essere talvolta descritti come "fango di perforazione". Additivi usati per formare il fango di perforazione possono comprendere piccole particelle abrasive in grado di danneggiare i dispositivi di tenuta ai fluidi e le strutture di cuscinetto di uno scalpello di perforazione a coni a rulli associato. Talvolta gli additivi (fango) nei fluidi di perforazione possono accumularsi su una o più superfici dì uno scalpello di perforazione a coni a rulli o aderire a esse.

I fluidi di perforazione possono anche servire alla stabilizzazione chimica per materiali di formazione adiacenti a un pozzo e possono prevenire o minimizzare la corrosione di un'asta di perforazione, di un gruppo foro di fondo e/o dallo scalpello di perforazione rotativo a esso fissato. I fluidi di perforazione possono anche essere usati per pulire, raffreddare e lubrificare elementi dì taglio, strutture di taglio e altri componenti associati agli scalpelli di perforazione a coni a rulli 40.

Lo scalpello di perforazione a coni a rulli 40 può includere il corpo scalpello 42 avente la porzione superiore 44 rastremata e filettata esternamente, adeguata all'uso per il fissaggio dello scalpello di perforazione a coni a rulli 40 all'asta di perforazione 24. Un'ampia varietà di connessioni filettate può essere usata con esito soddisfacente per fissare lo scalpello di perforazione a coni a rulli 40 all'asta di perforazione 24 e per consentire la rotazione dello scalpello di perforazione a coni a rulli 40 in risposta alla rotazione dell'asta di perforazione 24 in corrispondenza della superficie pozzo 22.

Una cavità ingrandita (non espressamente mostrata) può essere formata in adiacenza alla porzione superiore 42 per ricevere fluido di perforazione dall'asta di perforazione 24. Tali fluidi di perforazione possono essere diretti in modo da scorrere dall'asta di perforazione 24 a ugelli rispettivi 150 previsti nello scalpello di perforazione a coni a rulli 40. Una pluralità di vie di passaggio del fluido di perforazione (non espressamente mostrate) possono essere formate nel corpo scalpello 42. Ciascuna via di passaggio del fluido di perforazione può estendersi della cavità ingrandita associata al rispettivo ricettacolo 48 formato nel corpo scalpello 42. La posizione dei ricettacoli 48 può essere selezionata in base alla posizione desiderata per gli ugelli 150 rispetto ai gruppi cono associati 90.

Residui di taglio della formazione rocciosa formati dallo scalpello di perforazione a coni a rulli 40 e detriti di fondo foro di qualsiasi altra natura all'estremità 36 del pozzo 30 si misceleranno con fluidi di perforazione che fuoriescono dagli ugelli 150. La miscela di fluido di perforazione, residui di taglio della formazione rocciosa e altri detriti di fondo foro fluirà in generale radialmente verso l'esterno da sotto lo scalpello di perforazione a coni a rulli 40 e quindi scorrerà verso l'alto fino alla superficie del pozzo 22 attraverso il toro 34.

Lo scalpello di perforazione a coni a rulli 40, il corpo scalpello 42, i bracci di supporto 50 e i gruppi cono associati 90 possono essere sostanzialmente ricoperti da, o immersi in, una miscela di fluido di perforazione, residui di taglio della formazione rocciosa o altri detriti di fondo foro mentre l'asta di perforazione 24 fa ruotane lo scalpello di perforazione a coni a rulli 40. Questa miscela di fluido di perforazione, residui di taglio della formazione rocciosa e/o fluidi di formazione può includere materiali altamente abrasivi.

Il corpo scalpello 42 può essere formato da tre segmenti che includono rispettivi bracci di supporto 50 che si estendono da essi. I segmenti possono essere saldati uno con l'altro, mediante tecniche convenzionali, a formare il corpo scalpello 42. Solo due bracci di supporto 50 sono mostrati nelle figure 1A, 1B e 2.

Ciascun braccio di supporto 50 può essere in generale descritto come avente una configurazione allungata definita in parte dalla superficie interna 52 e dalla superficie esterna 54. Ciascun braccio di supporto 50 può includere un rispettivo alberino 70 che si estende verso l'interno dalla superficie interna associata 52. Ciascun braccio di supporto 50 può anche includere un rispettivo bordo di entrata 56 e bordo di uscita 58 che terminano in corrispondenza della estremità rispettiva 60 distanziata dal corpo scalpello 42.

Porzioni della superficie esterna 54 opposte all'alberino associato 70 possono talvolta essere denominate "coda camicia " o "superficie di coda camicia" di ciascun braccio di supporto 50. Porzioni esterne di ciascun braccio di supporto 50 adiacenti alla rispettiva estremità 60 possono essere talvolta denominate la "estremità di coda camicia". La superficie interna 52 e la superficie esterna 54 di ciascun braccio di supporto 50 sono generalmente contigue l'una all'altra lungo i rispettivi bordo di entrata 56, bordo di uscita 58 e la rispettiva estremità 60.

Alberini 70 possono descrivere un angolo verso il basso e verso l' rispetto alle superfici interne associate 52. Di conseguenza, le porzioni esterne di ciascun gruppo coni 90 possono impegnare il fondo o l'estremità 36 del pozzo 30 quando lo scalpello di perforazione a coni a rulli 40 viene fatto ruotare dall'asta di perforazione 24. Per alcune applicazioni gli alberini 70 possono essere inclinati di un certo angolo compreso fra 0 e 3 o 4 gradi nella direzione di rotazione dello scalpello di perforazione a coni a rulli 40.

I gruppi cono 90 possono essere montati girevolmente su rispettivi alberini 70 che si estendono da ciascun braccio di supporto 50. Ciascun gruppo coni 90 può includere un rispettivo asse di rotazione 100 che si estende con un certo angolo corrispondente in generale alla relazione angolare tra l’alberino associato 70 e il braccio di supporto 50. L'asse di rotazione 100 per ciascun gruppo coni 90 corrisponde in generale alla linea centrale longitudinale o asse longitudinale deH’alberino associato 70. L'asse di rotazione di ciascun gruppo coni 90 può essere sfalsato rispetto all'asse longitudinale o asse di rotazione 46 dello scalpello di perforazione a coni a rulli 40. Si veda la figura 2.

Vari tipi di sistemi di ritegno e sistemi di bloccaggio possono essere usati in modo soddisfacente per impegnare in modo sicuro ciascun gruppo coni 90 con l'alberino associato 70. Per alcune applicazioni può essere formata una via di passaggio sfere (non mostrata espressamente) che si estende dalla superficie esterna 54 attraverso l'alberino associato 70. Ciascun gruppo coni 90 può essere trattenuto sull'alberino associato 70 inserendo una pluralità di cuscinetti a sfera 78 attraverso la via di passaggio sfere associata. Cuscinetti a sfera 78 possono essere disposti entro rispettive gole di rotolamento 76 e 106 formate su porzioni adiacenti dell'alberino 70 e della cavità 102 del gruppo coni associato 90. Una occlusione di ritegno sfere (non espressamente mostrata) può anch’essa essere inserita nella via di passaggio sfere. Una volta inseriti, i cuscinetti a sfera 78 e le gole di rotolamento 76 e 106 cooperano reciprocamente a impedire il disimpegno del gruppo coni 90 dall’alberino associato 70.

Per alcune applicazioni una pluralità di sinterizzati 92 possono essere disposti nella superficie calibro 93 adiacente alla faccia posteriore 94 di ciascun gruppo coni 90. La faccia posteriore 94 può talvolta essere denominata "base" per il gruppo coni associato 90. Ϊ sinterizzati 92 possono essere disposti nella superficie in generale tronco-conica 93 talvolta denominata "superficie calibro cono di taglio". La superficie calibro 93 può essere inclinata in direzione opposta rispetto alla faccia posteriore 94 rispetto alla superficie conica più grande del guscio o naso del gruppo coni associato 90. I sinterizzati 92 possono ridurre l'usura della superficie calibro 93 adiacente alla lacuna 62.

Ciascun gruppo coni 90 può anche includere una pluralità di elementi di taglio 96 disposti in rispettive file formate sull’esterno di ciascun gruppo coni 90 tra la superficie posteriore associata del cono 94 e l'estremità del cono 98. Una fila calibro di elementi di taglio 96 può essere disposta in adiacenza alla faccia posteriore 94 di ciascun gruppo coni 90. La fila calibro può talvolta essere denominata "prima fila" di inserti.

I sinterizzati 92 c gli elementi di taglio 96 possono essere formati da un'ampia varietà dì materiali come il carburo di tungsteno. Il termine "carburo di tungsteno" include carburo di monotungsteno (WC), carburo di ditungsteno (W2C), carburo di tungsteno macrocristallino e carburo di tungsteno cementato o sinterizzato. Esempi di materiali duri che possono essere usati in modo soddisfacenti per formare sinterizzati 92 ed elementi di taglio 96 possono comprendere varie leghe metalliche e metalloceramiche come boruri metallici, carburi metallici, ossidi metallici e nitruri metallici. Per alcune applicazioni i sinterizzati 92 e/o gli inserti 96 possono essere formati da materiali di tipo diamante policristallino o altri materiali duri e abrasivi adatti.

Gli elementi di taglio 96 possono raschiare e scavare i lati e il fondo del pozzo 30 in risposta al peso e alla rotazione applicata allo scalpello di perforazione a coni a rulli 40 dall'asta di perforazione 24. Il diametro interno o la parete laterale 31 del pozzo 30 corrisponde approssimativamente al diametro esterno combinato dei gruppi cono 90 fissati allo scalpello di perforazione a coni a rulli 40.

La posizione degli elementi di taglio 96 su ciascun gruppo coni 90 può essere variata in modo da dar luogo all'azione di perforazione di fondo foro desiderata. Con la presente invenzione possono essere usati in modo soddisfacente altri tipi di gruppi cono, compresi, senza limitazione a, gruppi cono aventi denti zigrinati (non mostrati espressamente) in luogo degli elementi di taglio 96.

Per montare girevolmente ciascun gruppo coni 90 sull'alberino associato 70 possono essere usati vari tipi di strutture di cuscinetto. Per esempio, ciascun alberino 70 può includere superfici esterne generalmente cilindriche come la superficie di cuscinetto 74. Ciascun gruppo coni 90 può includere la cavità rispettiva 102 che si estende verso l'interno dalla faccia posteriore associata 94. Ciascuna cavità 102 può includere superimi interne generalmente cilindriche come la superficie di cuscinetto 104. Le porzioni cilindriche di ciascuna cavità 102 possono avere un rispettivo diametro interno che è generalmente più grande del diametro esterno di una porzione cilindrica adiacente dell'alberino 70.

Variazioni tra il diametro interno di ciascuna cavità 102 e il diametro esterno dell'alberino associato 70 sono scelte per fare spazio alla struttura di cuscinetto associata e per consentire la rotazione di ciascun gruppo coni 90 rispetto all'alberino associato 70 e alle porzioni adiacenti del braccio di supporto 50. La differenza effettiva tra il diametro esterno della superficie di cuscinetto 74 e il diametro interno della superficie di cuscinetto 104 può essere relativamente piccola per prevedere il desiderato supporto a cuscinetto o supporto di rotazione per ciascun gruppo coni 90 rispetto all'alberino associato 70.

Le superfici di cuscinetto 74 e 104 supportano carichi radiali risultanti dalla rotazione del gruppo coni 90 rispetto all'alberino associato 70. Una flangia reggispinta 82 può essere formata sull'alberino 70 tra la gola di rotolamento 76 e la superficie di cuscinetto pilota 84. La flangia reggispinta 82 supporta tipicamente i carichi assiali risultanti dal peso sullo scalpello a coni a rulli 40 e dalla rotazione del gruppo coni 90 rispetto all'alberino associato 70. Per alcune applicazioni il bottone reggispinta o cuscinetto reggispinta 80 può anche essere previsto nella cavità 102 di ciascun gruppo coni 90 all'estremità dell'alberino 70 opposta al braccio di supporto associato 50.

Una lacuna generalmente cilindrica può essere formata tra le porzioni esterne dell’alberino 70 e le porzioni interne della cavità 102 del gruppo coni associato 90. La lacuna generalmente cilindrica può essere definita in parte della superfìcie di cuscinetto adiacente 74 e 104. La lacuna generalmente cilindrica può anche includere segmenti di alberino 70 e cavità 102 adiacenti al dispositivo di tenuta ai fluidi 108.

Una o più superfìci lavorate a macchina sono spesso formate su la superficie interna di un braccio di supporto adiacente a, e in estensione da, un alberino associato. Per forme di realizzazione come quelle mostrate nelle figure 3, 4, 5A, 5B, 5C, 8A, 8B e 9 A ciascun braccio di supporto 50, 50a, 50b, 50e e 50f può essere generalmente descritto come avente rispettive superfici lavorate a macchina 64 che si estendono radialmente dall'alberino associato 70. Le superfìci lavorate a macchina 64 possono terminare in prossimità al bordo di entrata 56, al bordo di uscita 58 e alla estremità coda camicia 60 del braccio di supporto associato 50, 50a, 50b, 50c, 50d, 50e e 50f.

Come mostrato in figura 3, la lacuna 62 può essere formata tra la faccia posteriore cono 94 e porzioni adiacenti di superfìci lavorate a macchina 64 formate sulla superficie interna 52 del braccio di supporto associato 50. La lacuna 62 può essere talvolta descritta in generale come "lacuna di gioco". La lacuna 62 consente la rotazione di ciascun gruppo coni 90 rispetto a superfìci lavorate a macchina 64 del braccio di supporto associato 50. La lacuna 62 si estende anche da, e comunica con, la lacuna generalmente cilindrica formata tra porzioni esterne dell'alberino 70 e porzioni interne della cavità 102 del gruppo coni associato 90.

Ciascun braccio di supporto 50 può anche includere un sistema lubrificante (non espressamente mostrato) avente un serbatoio di lubrificante, un compensatore di pressione lubrificante e una o più vie di passaggio lubrificante per dare lubrificazione a vari componenti dell'alberino associato 70 e del gruppo coni 90. Una o più vie di passaggio 86 possono essere previste all'interno dell'alberino 70 per dare lubrificazione alle superfìci di cuscinetto 74 e 104, alle gole di rotolamento 76 e 106 e/o alla flangia reggispinta 82.

Uno o più dispositivi di tenuta ai fluidi possono essere previsti per bloccare la comunicazione fluida attraverso la lacuna generalmente cilindrica formata tra le porzioni esterne dell'alberino 70 e le porzioni interne della cavità 102 nel gruppo coni associato 90. Come mostrato in figura 3, il dispositivo di tenuta ai fluidi 108 può essere impegnato con porzioni esterne dell'alberino 70 e porzioni interne della cavità 102 situate tra le superfìci di cuscinetto 74 e 104 e la superficie lavorata a macchina 64 formata sulla superficie interna 52 del braccio di supporto associato 50. Per alcune applicazioni il dispositivo di tenuta ai fluidi 108 può includere un anello di guarnizione o guarnizione disposta in un passatreccia.

Il dispositivo di tenuta ai fluidi 108 può essere usato per bloccare il flusso di fluido di perforazione e qualsiasi altro flusso contenente detriti impedendogli la comunicazione con le superfici di cuscinetto 74, 104 e le gole di rotolamento 76 e 106. Il dispositivo di tenuta ai fluidi 108 può anche formare una barriera al fluido per impedire l'uscita del lubrificante contenuto tra la cavità 102 e l’alberino 70. Dispositivi di tenuta ai fluidi 108 proteggono strutture a cuscinetto associate dalla perdita di lubrificante e dalla contaminazione con detriti e quindi prolungano la vita utile di perforazione di fondo foro dello scalpello di perforazione a coni a rulli 40.

Fluido di perforazione contenente residui di taglio di formazione rocciosa e altri tipi di detriti di fondo foro può entrare nella lacuna 62 formata tra le superfici lavorate a macchina 64 del braccio di supporto 50 e la faccia posteriore 94 del gruppo coni associato 90. La rotazione del gruppo coni 90 spesso fa sì che fluido di perforazione o altri fluidi contenenti detriti vengano forzati (pompati) dalla lacuna 62 nella lacuna generalmente cilindrica formata tra l'alberino 70 del braccio di supporto 50 e il gruppo coni associato 90. La freccia 91, così come viene mostrata nelle figure 4-5C e 8A-9A indica la direzione generale di rotazione del gruppo coni 90 rispetto all'alberino 70 e alle superfici lavorate a macchina associate 64.

Il movimento di tale fluido può spesso dar luogo alla compattazione di detriti contro il dispositivo di tenuta ai fluidi associato 108 facendo sì che detriti formino uno strato o più strati sostanzialmente solidi. Lo strato o gli strati di detriti possono costringere il dispositivo di tenuta ai fluidi 108 a spostarsi assialmente in un passatreccia associato (non espressamente mostrato) fino a che il dispositivo di tenuta ai fluidi e 108 raggiunge l'estremità del passatreccia, dove forze permanenti (compattazione di detriti) possono incrementare la pressione sul dispositivo di tenuta ai fluidi 108 oltre i limiti progettuali dei materiali di tenuta associati.

Per alcune applicazioni nella superficie interna 52 può essere formata la scanalatura di deviazione 120 che si estende dal bordo di entrata 56 al bordo di uscita 58 del braccio di supporto 50. La scanalatura di deviazione 120 può fornire un percorso di flusso fluido avente un'area di flusso fluido relativamente grande rispetto alla lacuna relativamente piccola 62 formata tra le porzioni adiacenti della faccia posteriore 94 e le superfici lavorate a macchina 64. Di conseguenza la scanalatura di deviazione 120 devierà in generale o allontanerà il fluido di perforazione e qualsiasi altro fluido contenente detriti dal dispositivo di tenuta ai fluidi associato 108.

Un aspetto della presente divulgazione può includere la previsione di un percorso di flusso fluido che si estende da una superficie interna di un braccio di supporto fino a una superficie esterna del braccio di supporto per deviare o allontanare il fluido di perforazione e altri fluidi contenenti detriti da un dispositivo di tenuta ai fluidi associato. Tale percorsi di flusso fluido possono essere talvolta descritti come "foro di sfogo detriti", "foro di sfogo residui scisti " o "foro di sfogo".

Un ulteriore aspetto della presente divulgazione può includere l'installazione di un inserto di deviazione in un percorso di flusso fluido che si estende da una superficie interna di un braccio di supporto a una superficie esterna del braccio di supporto. Ciascun inserto di deviazione può includere un foro cavo che si estende attraverso di esso per far comunicare il fluido contenente detriti con il percorso di flusso fluido associato. Come discusso nel seguito in maggiore dettaglio, un inserto di deviazione incorporante insegnamenti della presente invenzione può migliorare il flusso di fluido di perforazione e di altri fluidi contenente detriti attraverso un percorso di flusso fluido associato e in allontanamento da un dispositivo di tenuta ai fluidi associato. Esempi di tali percorsi di flusso fluido e inserti detriti sono mostrati nelle figure 4A-10B.

I bracci di supporto mostrati nelle figure 3-6B e 8A-9B possono avere configurazioni e dimensioni simili tranne che per i percorsi di flusso fluido associati 170 e gli inserti detriti 190. Comunque, il percorso di flusso fluido e gli inserti detriti che incorporano insegnamenti della presente invenzione possono essere usati con un'ampia varietà di bracci di supporto, gruppi cono e scalpelli di perforazione a coni a rulli associati. Ai fini di descrizione di varie caratteristiche della presente divulgazione i rispettivi bracci di supporto sono stati designati 50 e 50a-50f.

Porzioni della superficie interna 52 di ciascun braccio di supporto 50 e 50a-50f come mostrato nelle figure 3-5C e nelle figure 8A-9B possono includere una o più superfici lavorate a macchina 64 che si estendono da alberini associati 70. Rispettive scanalature di deviazione detriti 120 possono essere formate nelle superfici lavorate a macchina 64 e/o in porzioni di superfici interne associate 52 che non sono state lavorate a macchina. Per forme di realizzazione come quelle mostrate nelle figure 4, 5A, 5B, 5C, 8A, 8B, 9A e 9B i percorsi di flusso fluido 170 e gli inserti detriti associati 190 sono mostrati disposti nella scanalatura di deviazione detriti 120 o in adiacenza a essa. Per alcune applicazioni, un percorso di flusso fluido incorporante insegnamenti secondo la presente invenzione può essere formato in un braccio di supporto che non include scanalatura di deviazione detriti 120 o qualsiasi altro tipo di scanalatura di deviazione detriti.

Ciascun percorso di flusso fluido 170 può includere una rispettiva apertura di ingresso o prima apertura 171 e una rispettiva apertura di uscita o seconda apertura 172. L'apertura 171 di ciascun percorso di flusso fluido 170 può essere formata in corrispondenza di varie posizioni sulla superficie interna 52 di bracci di supporto associati 50 e 50a-50f. Per forme di realizzazione come quelle mostrate nelle figure 4-5C e 8A-9B ciascuna apertura di ingresso 171 del percorso di flusso fluido associato 170 può essere formata in porzioni della superficie lavorata a macchina 64 adiacenti alla scanalatura di deviazione flusso associata 120. La posizione di ciascun percorso di flusso fluido 170 può essere scelta in modo da ottimizzare la deviazione o l'allontanamento del fluido contenente detriti dal dispositivo di tenuta ai fluidi associato 108.

Ciascun percorso di flusso fluido può includere un segmento ingrandito 174 che si estende dall'apertura di ingresso 171. Le dimensioni e la configurazione del segmento ingrandito 174 possono essere scelte in modo da essere compatibili con porzioni corrispondenti dell'esterno 194 dell'inserto detriti associato 190.

Ciascun percorso di flusso fluido 170 può includere un rispettivo spallamento anulare 176 formato tra l'apertura di ingresso 171 e l'apertura di uscita 172. Lo spallamento anulare 176 può talvolta essere formato come parte di segmento ingrandito associato 174 distanziato dall'apertura di ingresso 171. La distanza tra l'apertura di ingresso 171 e lo spallamento anulare 176 può essere scelta in modo da essere circa uguale all'altezza o lunghezza dell'inserto detriti associato 190. Per alcune applicazioni, la lunghezza di un inserto detriti può essere scelta in modo da essere maggiore della distanza tra l’apertura di ingresso e lo spallamento anulare di un percorso di flusso fluido associato. Di conseguenza un'estremità di tali inserti detriti può estendersi dall'apertura di ingresso associata. Si vedano per esempio le figure 7E e 7F.

Ciascun inserto detriti 190 può includere una rispettiva prima estremità 191 e una seconda estremità 192 con un foro longitudinale 196 che si estende tra di esse. L'altezza o lunghezza dell'inserto detriti 190 può corrispondere alla distanza tra la prima estremità 191 e la seconda estremità 192. Per forme di realizzazione come quelle mostrate nelle figure 4, 5A, 5B, 5C, 8A e 8B, la lunghezza del rispettivo inserto detriti 190 può essere scelta in modo da essere circa ugnale alla distanza tra porzioni della superficie lavorata a macchina 64 in corrispondenza dell'apertura di ingresso 171 e lo spallamento anulare associato 176. Di conseguenza, porzioni dell’inserto di deviazione detriti 190 possono estendersi da, o essere in rilievo rispetto a, la scanalatura di deviazione associata 120 e l'apertura di ingresso 171 può essere relativamente a filo o liscia rispetto a porzioni adiacenti di superfici associate lavorate a macchina 64.

La figura 4 mostra una sezione trasversale di percorso di flusso fluido 170 che si estende dall'apertura di ingresso 171 formata nella superficie interna 52 attraverso il braccio di supporto 50 fino all'apertura di uscita 172 formata nella superficie esterna 54. Il primo segmento 174 del percorso di flusso fluido può avere una configurazione interna generalmente cilindrica compatibile con una configurazione esterna generalmente cilindrica di inserto detriti associato 190. Il diametro del foro longitudinale 196 che si estende attraverso l’inserto 190 può corrispondere approssimativamente al diametro interno del secondo segmento 178 del percorso di flusso fluido 170. Di conseguenza il fluido contenente detriti di fondo foro che entra nel percorso di flusso fluido 170 in corrispondenza della prima estremità 191 dell'inserto 190 può subire poca o nessuna restrizione al flusso del fluido attraverso il percorso di flusso fluido 170.

Come mostrato in figura 5A, l'inserto 190 può essere installato nel percorso di flusso fluido associato 170 adiacente alla scanalatura anulare 120 e distanziato dal bordo di uscita 58. Porzioni deli-apertura di ingresso 171 possono essere disposte in generale a filo o lisce rispetto a porzioni adiacenti della superficie lavorata a macchina 64. Per forme di realizzazione come quella mostrata nella figura 5B, l'inserto 190 e il percorso di flusso fluido associato 170 possono essere situati in adiacenza alla scanalatura anulare 120 e distanziati dal bordo di entrata 56 del braccio di supporto associato 50. Porzioni dell'apertura di ingresso 171 del secondo inserto 190 possono essere disposte in generale a filo o lisce rispetto a porzioni adiacenti della superficie lavorata a macchina 64. Per forme di realizzazione come quella mostrata in figura 5C, il primo inserto 190 può essere disposto nel percorso di flusso fluido 171 circa in corrispondenza della stessa posizione mostrata nella figura 5A. Il secondo inserto 190 può essere disposto nel secondo percorso di flusso fluido 171 disposto in adiacenza al bordo di entrata 156 circa in corrispondenza della stessa posizione mostrata nella figura 5B.

Per forme di realizza zione come quella mostrata nella figura 6 A, il percorso di flusso fluido 170a può includere un primo segmento 174 come precedentemente descritto in relazione al percorso di flusso fluido 170 e al secondo segmento 178a. Il secondo segmento 178a può estendersi dallo spallamento anulare 176 a una apertura di uscita o seconda estremità (non espressamente mostrata) del percorso di flusso fluido 170a. Il diametro interno di un secondo segmento 178a può essere inferiore al diametro interno del foro longitudinale 196 nell'inserto detriti associato 190.

Per altre forme di realizzazione come quella mostrata nella figura 6B, il percorso di flusso fluido 170b può includere un primo segmento 174 come precedentemente descritto per quanto riguarda il percorso di flusso fluido 170 e il secondo segmento 178b avente una porzione di diametro interno ingrandito 180 distanziata dallo spallamento associato 176 e che si estende fino a una apertura di uscita o seconda estremità (non espressamente mostrata). Uno degli aspetti della presente divulgazione include la modifica o la variazione delle dimensioni e delle configurazioni degli inserti detriti e dei percorsi di flusso fluido associati per ottimizzare la rimozione di fluido contenente detriti dalle lacune formate tra porzioni di un braccio di supporto e il gruppo coni associato.

Inserti detriti formati secondo gli insegnamenti della presente divulgazione possono avere un'ampia varietà di configurazioni e/o dimensioni. Alcuni esempi di tali inserti detriti sono mostrati nelle figure 7A-7F. L'inserto detriti 190a (si veda la figura 7A) può includere una prima estremità 191a e una seconda estremità 192a con un foro longitudinale 196 che si estende tra di esse. L'inserto detriti 190a può essere generalmente descritto come avente una sezione trasversale ottagonale. Di conseguenza la porzione esterna dell'inserto detriti 190a può includere otto lati. Un percorso di flusso fluido associato che si estende attraverso un braccio di supporto dovrebbe di preferenza includere un primo segmento avente una sezione ottagonale corrispondente con otto lati manovrabili in modo da essere allineati con gli otto lati dell'inserto detriti 190a.

L'inserto detriti 190b come mostrato in figura 7B include una prima estremità 191b e una seconda estremità 192b con un foro longitudinale 196 che si estende tra di esse. Il foro longitudinale 196b e l'inserto detriti 190b possono essere descritti come aventi in generale sezione trasversale ellittiche. Il primo segmento di un percorso di flusso fluido associato che si estende attraverso un braccio di supporto dovrebbe pure avere una sezione trasversale corrispondentemente ellittica dimensionata in modo da ricevere porzioni esterne dell'inserto detriti 190b.

L'inserto detriti 190c come mostrato nella figura 7C può essere descritto come avente una configurazione in generale troncoconica che si estende tra la prima estremità 191c e la seconda estremità 192c. Un foro longitudinale generalmente cavo 196 può estendersi dalla prima estremità 191c alla seconda estremità 192c. Il primo segmento di un percorso di flusso fluido associato che si estende attraverso un braccio di supporto dovrebbe avere di preferenza una configurazione interna corrispondente tronco-conica dimensionata in modo da ricevere porzioni esterne dell'inserto detriti 190c.

Per forme di realizzazione come quella mostrata in figura 7D l'inserto detriti 190d può avere una configurazione esterna generalmente cilindrica che si estende tra la prima estremità 191d e la seconda estremità 192d. Il foro longitudinale 196 può estendersi dalla prima estremità 191d alla seconda estremità 192d. La prima estremità 192d dell'inserto detriti 190d può essere descritta come avente una configurazione "a gradini" definita in parte dalla prima superficie 193a e dalla seconda superficie 193b. Per alcune applicazioni l'altezza o elevazione della prima superficie 193a rispetto alla seconda superficie 193b può essere selezionata in modo da essere circa uguale alla differenza dell'elevazione tra il fondo della scanalatura anulare associata 120 e le porzioni adiacenti della superficie lavorata a macchina 64.

Per tali applicazioni l'inserto 190d può essere installato nel primo segmento di un percorso di flusso fluido associato con la prima superficie 193a dell'apertura di ingresso 191d disposta in adiacenza a, e generalmente a filo con, porzioni adiacenti della superficie lavorata a macchina 64. La seconda superficie 193b può essere disposta in adiacenza a, e generalmente a filo con, il fondo della scanalatura di deviazione associata 120. Per tale applicazione il fluido contenente detriti di fondo foro può subire una transizione generalmente regolare quando scorre dalla scanalatura di deviazione associata 120 nel foro longitudinale associato 196. La rimozione di porzioni dell'inserto detriti 190d adiacenti all'apertura di ingresso 191d può migliorare il flusso di fluido contenente detriti di fondo foro nel foro longitudinale associato 196.

La porzione smussata 198 può essere formata sull'esterno dell'inserto detriti 190d in adiacenza alla seconda estremità 192. La porzione smussata 198 può facilitare la capacità di installare l'inserto detriti 190d in un percorso di flusso fluido associato.

Per alcune applicazioni gli inserti detriti possono essere formati con una prima estremità dimensionata e configurata in modo da entrare a contatto con porzioni adiacenti di un gruppo coni. Esempi di tali inserti detriti sono mostrate nelle figure 7E e 7F. La prima estremità 19 1e dell'inserto detriti 190e può essere descritta come un "coperchio" con una superficie esterna relativamente piatta dimensionata per fare entrare a contatto porzioni adiacenti di un gruppo coni associato. La fessura 200 può essere formata in porzioni esterne dell'inserto detriti 190e distanziate dalla prima estremità 191e. L'altezza dell'inserto detriti 190e tra la prima estremità 19 1e e la seconda estremità 192e può essere scelta in modo da essere più grande degli inserti precedentemente descritti. La posizione della superficie 203 della fessura 200 può essere scelta per allinearsi con una scanalatura di deviazione associata (non espressamente mostrata). Di conseguenza, il fluido contenente detriti può scorrere nella fessura 200 e nel foro longitudinale associato 196e con restrizione ridotta a tale flusso di fluido.

La prima estremità 19 1f dell'inserto detriti 190f può essere descritta come un "coperchio" avente una configurazione in generale a forma di cupola, dimensionata in modo da mettere a contatto porzioni adiacenti di un gruppo coni di taglio associato. La fessura 200 può essere formata all’esterno dell'inserto detriti 190f distanziata dalla prima estremità 191f. L'altezza dell'inserto detriti 190f tra la prima estremità 191f e la seconda estremità 192f può essere selezionata in modo da essere maggiore dell’inserto precedentemente descritto 190. La posizione della superficie 202 della fessura 200 può essere scelta in modo da essere compatibile con porzioni di una scanalatura di deviazione associata (non espressamente mostrata). Di conseguenza, il fluido contenente detriti può scorrere nella fessura 200 e nel foro longitudinale associato 196 con restrizione ridotta a tale flusso di fluido.

Per alcune applicazioni, un percorso di flusso fluido può essere formato in un braccio di supporto avente una apertura di ingresso ingrandita rispetto ad un'apertura di uscita associata. Per forme di realizzazione come quelle mostrate nelle figure 8A e 8B l'apertura di ingresso 271 può avere un primo segmento 271a compatibile con l’installazione dell'inserto detriti 190 e un secondo segmento 271b distanziato da esso e allineato con il percorso di flusso fluido 170c. La dimensione del secondo segmento 271b può essere regolata in modo da adattarsi ai tassi di flusso fluido desiderati attraverso il percorso di flusso fluido 170c.

Per forme di realizzazione come quelle mostrate nelle figure 9A e 9B il percorso di flusso fluido 170f può essere installato in porzioni interne del braccio di supporto 50f approssimativamente in corrispondenza della stessa posizione descritta per quanto riguarda le forme di realizzazione delle figura 4 e 5A. Per alcune applicazioni un inserto di deviazione può non essere disposto all'interno del percorso di flusso fluido 170f. La superficie esterna 54f del braccio di supporto associato 50f può includere un canale o scanalatura 182 adiacente all'apertura di uscita 172f. Di conseguenza, il canale 182 e l'apertura 172f possono cooperare l'uno con l'altro per migliorare la rimozione di flusso contenente detriti da porzioni esterne del percorso di flusso fluido associato 170f.

Come discusso in precedenza, l'estremità o coda camicia del braccio di supporto può essere protetta applicando a essa un rivestimento duro. Per forme di realizzazione come quella mostrata nella figura 9B il rivestimento duro 208 può essere formato su porzioni della superficie esterna 54f del braccio di supporto 50f e si estende dall'estremità 60. Per forme di realizzazione come quella della figura 9B il rivestimento duro 208 può essere descritto come avente una configurazione in generale a forma di U. Per altre applicazioni uno o più inserti in carburo di tungsteno (non espressamente mostrati) possono pure essere disposti in porzioni della superficie esterna 54f distanziata dall'estremità 60.

Per quanto la presente divulgazione e i suoi vantaggi siano stati descritti in dettaglio, si deve intendere che vari cambiamenti, sostituzioni e varianti vi possono essere apportate senza discostarsi dallo spirito e dall'ambito dell’invenzione così come esso viene definito dalle seguenti rivendicazioni.

Claims (26)

1. RIVENDICAZIONI 1. Scalpello di perforazione a coni a rulli comprendente: un corpo scalpello avente almeno un braccio di supporto che si estende da esso; ciascun braccio di supporto avendo una superficie interna e una superficie esterna con un alberino che si estende dalla superficie interna; un rispettivo gruppo coni montato girevolmente su ciascun alberino con una struttura a cuscinetto disposta tra di essi; una cavità interna formata in ciascun gruppo coni per ricevere l’alberino associato; una prima lacuna formata tra porzioni interne di ciascun gruppo coni e porzioni esterne dell’alberino associato; una seconda lacuna formata tra porzioni di ciascun gruppo coni e porzioni adiacenti della superficie interna del braccio di supporto associato; la seconda lacuna estendendosi radialmente verso l'esterno da un'intersezione tra l'alberino e la superficie interna del braccio di supporto associato; almeno un dispositivo di tenuta ai fluidi disposto entro la prima lacuna in modo da formare una barriera ai fluidi tra porzioni interne del gruppo coni associato e porzioni esterne dell'alberino associato; ciascun braccio di supporto avendo almeno un primo percorso di flusso fluido che si estende dalla superficie interna attraverso il braccio di supporto alla superficie esterna; ciascun percorso di flusso fluido essendo disposto nel braccio di supporto associato in comunicazione fluida con la seconda lacuna; e ciascun percorso di flusso fluido essendo utilizzabile per dirigere fluido contenente detriti di fondo foro dalla superfìcie interna all'esterno del braccio di supporto associato.
2. 2. Scalpello di perforazione secondo la rivendicazione 1 comprendente inoltre una rispettiva struttura di taglio disposta su ciascun gruppo coni per l'impegno con una formazione sotterranea per scavare un pozzo.
3. 3. Scalpello di perforazione secondo la rivendicazione 1 in cui inoltre ciascun gruppo coni presenta un rispettivo asse di rotazione corrispondente generalmente a un asse longitudinale del rispettivo alberino.
4. 4. Scalpello di perforazione secondo la rivendicazione 1 comprendente inoltre: un inserto di deviazione detriti disposto in ciascun percorso di flusso fluido; e detto inserto di deviazione avendo un foro che si estende attraverso di esso per far passare flusso fluido dalla superfìcie interna alla superfìcie esterna del braccio di supporto associato.
5. 5. Scalpello di perforazione secondo la rivendicazione 4 in cui inoltre: ciascun inserto di deviazione detriti presenta una prima lunghezza; e il percorso di flusso fluido associato, presenta una seconda lunghezza che è maggiore della prima lunghezza dell'inserto dì deviazione detriti associato.
6. 6. Scalpello di perforazione secondo la rivendicazione 4 in cui inoltre: ciascun percorso di flusso fluido presenta una porzione di un primo diametro e una porzione di un secondo diametro; detta porzione di primo diametro di ciascuna via di passaggio di flusso fluido essendo dimensionata in modo da ricevere in essa l'inserto di deviazione detriti; e detta porzione di secondo diametro di ciascun percorso di flusso fluido avendo un diametro all'incirca uguale al foro nell'inserto di deviazione detriti.
7. 7. Scalpello di perforazione secondo la rivendicazione 4 in cui inoltre: ciascun percorso di flusso fluido presenta una porzione di primo diametro e una porzione di secondo diametro; detta porzione di primo diametro del percorso di flusso fluido essendo dimensionata in modo da ricevere in essa l'inserto di deviazione detriti; e detta porzione di secondo diametro del percorso di flusso fluido avendo un diametro maggiore del foro nell'inserto di deviazione detriti.
8. 8. Scalpello di perforazione secondo la rivendicazione 4 in cui inoltre: ciascun percorso di flusso fluido presenta una porzione di primo diametro e una porzione di secondo diametro; detta porzione di primo diametro della via di passaggio di flusso fluido essendo dimensionata in modo da ricevere in essa l'inserto di deviazione; e detta porzione di secondo diametro del percorso di flusso fluido avendo un diametro inferiore al foro nell’inserto di deviazione detriti.
9. 9. Scalpello di perforazione secondo la rivendicazione 4 in cui inoltre: ciascun braccio di supporto presenta un bordo di entrata e un bordo di uscita; detto bordo di entrata e detto bordo di uscita del braccio di supporto essendo distanziati l'uno dall'altro; un primo percorso di flusso fluido essendo disposto nel braccio di supporto in prossimità al bordo di entrata e un secondo percorso di flusso fluido essendo disposto nel braccio di supporto in prossimità al bordo di uscita; e detto primo percorso di flusso fluido e detto secondo percorso di flusso fluido essendo utilizzabili per dirigere flusso fluido contenente detriti di fondo foro dalla superficie interna alla superficie esterna del braccio di supporto associato.
10. 10. Scalpello di perforazione secondo la rivendicazione 9 comprendente inoltre: un primo inserto di deviazione detriti disposto nel primo percorso di flusso fluido; un secondo inserto di deviazione detriti disposto nel secondo percorso di flusso fluido; detto primo inserto di deviazione e detto secondo inserto di deviazione avendo un rispettivo foro che si estende attraverso di essi per far passare il flusso fluido dalla superficie interna del braccio di supporto associato alla superficie esterna del braccio di supporto associato.
11. 11. Scalpello di perforazione secondo la rivendicazione 4 in cui inoltre almeno un inserto di deviazione detriti presenta una sezione trasversale selezionata del gruppo costituito da circolare, ovale, ellittica, triangolare, quadrata, rettangolare ed esagonale.
12. 12. Scalpello di perforazione secondo la rivendicazione 4 in cui inoltre almeno un inserto di deviazione detriti presenta una configurazione generalmente conica.
13. 13. Scalpello di perforazione secondo la rivendicazione 4 in cui inoltre: ciascun inserto di deviazione detriti presenta una prima estremità e una seconda estremità; detta seconda estremità di ciascun inserto di deviazione detriti essendo disposta all'interno del percorso di flusso fluido associato; detta prima estremità di ciascuna occlusione di deviazione essendo disposta in adiacenza alla superficie interna del braccio di supporto; e detta prima estremità della occlusione di deviazione presentando una porzione sfinestrata utilizzabile per dirigere flusso fluido nel foro rispettivo.
14. 14. Scalpello di perforazione secondo la rivendicazione 13 in cui inoltre detta prima estremità di almeno un inserto di deviazione detriti presenta un coperchio con una lacuna formata in adiacenza al coperchio.
15. 15. Scalpello di perforazione secondo la rivendicazione 14 in cui inoltre detto coperchio presenta una forma selezionata dal gruppo costituito da forma piatta e forma a cupola.
16. 16. Scalpello dì perforazione secondo la rivendicazione 1 comprendente inoltre un inserto di deviazione detriti disposto nella superficie interna di almeno un braccio di supporto con almeno una porzione dell'inserto di deviazione detriti sfalsata dal percorso di flusso fluido.
17. 17. Procedimento di progettazione di scalpello di perforazione a coni a rulli avente almeno un braccio di supporto, comprendente la formazione di un percorso di flusso fluido che si estende attraverso ciascun braccio di supporto in modo che la rotazione di un gruppo coni associato rispetto al braccio di supporto dirige fluido contenente detriti di fondo foro a scorrere attraverso il percorso di flusso fluido per migliorare la vita utile di perforazione di fondo foro di un dispositivo di tenuta ai fluidi associato mediante riduzione della quantità di detriti che entrano a contatto con il dispositivo di tenuta ai fluidi.
18. 18. Procedimento secondo la rivendicazione Γ7 comprendente inoltre la formazione di almeno un primo percorso di flusso fluido che si estende da una superficie interna di almeno un braccio di supporto a una superficie esterna dell’almeno uno braccio di supporto in modo che la rotazione del gruppo coni associato rispetto alla superficie interna dell’almeno un braccio di supporto arresta l'instradamento del fluido contenente detriti di fondo foro dallo scorrere dalla superficie interna alla superficie esterna dell'almeno un braccio di supporto attraverso il primo percorso di flusso fluido.
19. 19. Procedimento secondo la rivendicazione 18 comprendente inoltre la collocazione di un inserto di deviazione avente un foro che si estende attraverso di esso nel primo percorso di flusso fluido in adiacenza alia superficie interna.
20. 20. Procedimento secondo la rivendicazione 18 comprendente inoltre la formazione del primo percorso di flusso fluido nella superficie interna in adiacenza a un bordo di entrata del braccio di supporto associato; formazione di un secondo percorso di flusso fluido che si estende dalla superficie interna attraverso il braccio di supporto alla superficie esterna; e formazione del secondo percorso dì flusso fluido in prossimità al bordo di uscita del braccio di supporto.
21. 21. Procedimento secondo la rivendicazione 20 comprendente inoltre: installazione di un primo inserto di deviazione detriti nel primo percorso di flusso fluido; e installazione di un secondo deviatore detriti avente un foro che si estende attraverso di esso nel secondo percorso di flusso fluido.
22. 22. Procedimento per migliorare la protezione dei dispositivi di tenuta ai fluidi e strutture a cuscinetto associate a uno scalpello di perforazione a rulli a coni mentre viene perforato un pozzo utilizzando lo scalpello di perforazione a rulli a coni, comprendente: rotazione di un gruppo coni relativamente a un alberino e a un braccio di supporto associato dallo scalpello di perforazione; e direzionamento di fluido contenente detriti di fondo foro da una lacuna che si estende radialmente verso l'esterno da un'intersezione tra l'alberino e la superfìcie interna del braccio di supporto associato attraverso un primo percorso di flusso fluido che si estende dalla superficie interna del braccio di supporto a una superficie esterna del braccio di supporto.
23. 23. Procedimento secondo la rivendicazione 22 comprendente inoltre il direzionamento di fluido contenente detriti di fondo foro attraverso il primo percorso di flusso fluido adiacente a un bordo di entrata del braccio di supporto associato.
24. 24. Procedimento secondo la rivendicazione 22 comprendente inoltre: direzionamento di fluido contenente detriti di fondo foro attraverso il primo percorso di flusso fluido in adiacenza a un bordo di entrata del braccio di supporto associato; e direzionamento di fluido contenente detriti di fondo foro attraverso il secondo percorso di flusso fluido che si estende da una superficie interna del braccio di supporto alla superficie esterna, essendo il secondo percorso di flusso fluido in prossimità a un bordo di uscita del braccio di supporto.
25. 25. Procedimento secondo la rivendicazione 22 comprendente inoltre la deviazione di detriti dal primo percorso di flusso fluido con un primo deviatore detriti installato nel primo percorso di flusso fluido.
26. 26. Procedimento secondo la rivendicazione 24 comprendente inoltre la deviazione di detriti da ciascun percorso di flusso fluido con un rispettivo deviatore detriti avente un foro che si estende attraverso di esso per far passare il flusso di fluido dalla superficie interna alla superficie esterna del braccio di supporto associato.