RO115746B1

RO115746B1 - Ansamblu pentru foraj curbat

Info

Publication number: RO115746B1
Application number: RO95-02037A
Authority: RO
Inventors: Tommy M Warren; Houston B Mount
Original assignee: Amoco Corp
Priority date: 1994-03-25
Filing date: 1995-03-10
Publication date: 2000-05-30
Also published as: CA2145128C; MX9504892A; CA2145128A1; WO1995026454A2; US5423389A; RU2126482C1; CN1060244C; EG21119A; WO1995026454A3; CN1124515A

Description

Invenția se referă la un ansamblu pentru foraj curbat, utilizat pentru forarea unei sonde în vederea extracției de țiței sau gaz.

Este cunoscut un ansamblu pentru foraj curbat, în brevet US 5213168, în care este prezentat un ansamblu pentru foraj curbat. Acest ansamblu a dat rezultate bune prin faptul că realizează stabilitatea sapei de foraj pentru a fi orientată continuu, de-a lungul traseului curbat, și construcția sapei permite tăierea numai în direcția pe care este orientată.

Este cunsocut, de asemenea, un ansamblu pentru foraj curbat, în brevet US 5010789, în care este prezentată o sapă cu mare stabilitate și cu frecare mică, ale cărei elemente tăietoare sunt poziționate astfel încât ele orientează o forță laterală către o talpă netedă de pe porțiunea laterală sau porțiunea de calibrare a sapei de foraj. Talpa menționată vine în contact cu peretele găurii de sondă și transmite o forță de readucere a sapei de foraj. Această forță se rotește cu sapa și împinge continuu o latură a sapei de foraj, respectiv o latură care nu are funcție de tăiere pe peretele găurii de sondă. Când se folosește o asemenea sapă, ansamblul de foraj curbat forează un traseu curbat prin orientarea continuă a sapei de-a lungul unei linii care este tangentă la traseul curbat. Ansamblul funcționează lin, gaura este uniformă în diametru și nu se înregistrează efecte de litologie variabilă. Mai mult decât atât, costul de fabricație al unui ansamblu de acest fel, inclusiv sapa de foraj antiturbion, este foarte mic.

Când sapa de foraj se rotește în jurul centrului ei, într-o gaură etalon, poziția deviată față de centru a cuplajului flexibil face ca axa sapei de foraj să fie înclinată în raport cu linia centrală a găurii de sondă, în orice punct, cu excepția feței de tăiere. La fața de tăiere a sapei, linia centrală a sapei de foraj este orientată de-a lungul unei tangente la linia centrală a curbei. Dacă curbura găurii este perturbată și devine mai mică decât curbura dorită, axa sapei de foraj va fi orientată deasupra înclinației pe care o prezintă gaura de sondă și, în acest fel, va tinde să determine o creștere a curburii. Dacă curbura devine mai mare decât cea dorită, atunci lucrurile se derulează invers. în acest fel, rezultă un echilibru stabil când linia centrală a feței de tăiere a sapei și înclinația găurii sunt aliniate. Mai mult decât atât, deoarece sapa de foraj taie înainte de-a lungul traseului curbat, înclinația sapei se modifică continuu, astfel încât ea este tot timpul înclinată într-o direcție care ține gaura de sondă pe traseul curbat, dorit, fără a fi necesar ca sapa să taie în părțile laterale.

Găurile de sondă, laterale sau “lateralele” oferă posibilitatea de a drena mai mult țiței decât s-ar putea recupera prin alte modalități. De exemplu, găurile de sondă laterale pot fi folosite pentru a drena sau a scurge țiței proaspăt, prin intersectarea fracturilor care se intersectează, care trec prin discontinuități ale zonelor productive și prin drenarea capcanelor. Recuperările laterale pot, de asemenea, să corecteze unele probleme de producție, cum ar fi formarea de conuri de apă, formarea de conuri de gaz, conținutul excesiv de apă provenită din fisuri hidraulice care se extind sub suprafața de separare țiței apă. Mai mult decât atât, efecte benefice sinergice pot rezulta din cuplarea recuperărilor laterale cu metode de recuperare intensivă pentru rezolvarea unor probleme de producție, pentru a intra în contact cu țițeiul prin sonde de injecție și a redirecționa recuperarea prin transformarea sistemelor existente de amplasare a sondelor în configurații cu conducere în linie. în sfârșit, strategiile cu sonde laterale pot fi folosite în avantajul infrastructurii de producție curentă,al resurselor principale ale găurilor de sondă existente, al resurselor cunoscute de țiței dintr-un loc dat și al tehnologiei de recuperare secundară și terțiară.

Un impediment major la folosirea pe scară largă a reintrărilor laterale constă în aceea că, nivelul costurilor pentru foraj și extracții laterale trebuie să fie cât mai scăzut

RO 115746 Bl posibil. Economia intervenției în bazinele ajunse aproape de epuizare necesită reduceri 50 substanțiale ale cheltuielilor legate de metodele cel mai des folosite pentru forarea de sonde orizontale. în acest fel, este imperios necesar să existe un sistem de foraj fiabil și cu cheltuieli reduse, care să utilizeze echipamentul și structurile de cost ale serviciilor de intervenții și reparații.

în afară de constrângerile de ordin economic, există și restricții tehnice. Pentru 55 ca un sistem de foraj curbat să fie reușit din punct de vedere tehnic, este preferabil să se foreze cu rază de curbură adecvată, iar curba de forare să fie orientată în direcția dorită. Acest lucru se impune, deoarece este de dorit să se țină seama de următoarele cerințe:

- să se poziționeze extremitatea ansamblului de foraj în limitele unui interval precis 60 de adâncime, pentru ca laterala” să poată traversa zona productivă așa cum se dorește;

- să se poziționeze “laterala” pe o direcție dictată de amplasarea sondelor, schema de recuperare dorită sau alte considerente de ordin geologic;

- să se stabilească o gaură de sondă netedă, pentru a ușura forajul lateral și terminarea sondei. 65

Sistemele de foraj rotativ, orientabil, reprezintă o categorie a sistemelor de foraj curbat. Componentele de jos ale unor asemenea sisteme includ un ansamblu de foraj pe traseu curbat, prăjini grele flexibile și un echipament de orientare. Ansamblul de foraj curbat este relativ scurt și cuprinde un cuplaj flexibil care este împins către o latură a găurii de sondă pentru a înclina sapa de foraj. 70

Echipamentul de orientare cuprinde, în mod obișnuit, un manșon normal de reducție, tip patină, pentru orientare magnetică. Această alcătuire a sistemului de bază este răspândit și folosit de mai multe decenii.Totuși, problemele ce se ridică în legătură cu formarea unghiului de înclinare și comanda direcției limitează succesul comercial al acestui sistem. 75

Ansamblul pentru foraj curbat, conform invenției, asigură un echilibru stabil al sapei când linia centrală a feței de tăiere a sapei și înclinația găurii sunt aliniate și modificarea continuă a înclinării sapei astfel încât să asigure săparea sondei pe traseul curbat, prin aceea că, cuprinde un mijloc de reazem purtat de către porțiunea laterală a sapei de foraj, pentru a veni efectiv continuu în contact cu peretele găurii de sondă, în 80 timpul forajului,, și pentru a prelua o forță de reacțiune ce provine de la gaura de sondă ca răspuns la o forță laterală de pe sapa de foraj și cqre este orientată către o amplasare adiacentă la extremitatea superioară a porțiunii laterale a sapei de foraj, unde forța de reacțiune și forța laterală formează un moment la partea inferioară, care este situat în jurul sapei de foraj și căruia i se opune un moment la partea superioară, având 85 o componentă de forță orientată spre cuplajul flexibil,unde extremitatea superioară a mijlocului de reazem este amplsată la o distanță prestabilită față de fața frontală a sapei de foraj astfel încât, mărimea momentului menționat de la partea inferioară și mărimea momentului menționat de la partea superioară sunt mai mici decât mărimea momentului de la partea inferioară și mărimea momentului de la partea superioară care ar fi rezultat 9Q dacă extremitatea superioară a mijlocului de reazem ar fi amplasată la o distanță axială mai mare decât distanța axială, prestabilită, menționată; cuplajul flexibil este amplasat la o distanță axială fixă de la fața frontală a sapei de foraj; ansamblul cuprinde cel puțin un element tăietor, amplasat adiacent la porțiunea de bază a sapei de foraj, la o distanță radială față de axa de foraj mai mare decât a tuturor celorlalte elemente tăietoare; 95 cel puțin un element tăietor este amplasat la o distanță radială față de axa de foraj a sapei de foraj, care este mai mare decât cea a absolut tuturor elementelor tăietoare care sunt purtate pe porțiunea frontală a sapei de foraj;elementele tăietoare cuprind un

RO 115746 Bl prim set de elemente tăietoare, amplasat adiacent la extremitatea inferioară a porțiunii laterale a sapei de foraj, și un al doilea set de elemente tăietoare, care este amplasat adiacent la extremitatea superioară a porțiunii laterale a sapei de foraj și unde primul set de elemente tăietoare este amplsat la o distanță radială față de axa de foraj a sapei de foraj, care este mai mică decât distanța radială la care cel de-al doilea set de elemente tăietoare este amplasat față de axa de foraj, a sapei de foraj;numărul de elemente tăietoare din cel de-al doilea set menționat de elemente tăietoare este mai mic decât numărul de elemente tăietoare din primul set menționat de elemente tăietoare; distanța axială prestabilită reprezintă de două până la cinci ori distanța dintre fața frontală a sapei de foraj și mijlocul de reazem; sapa de foraj este o sapă de foraj antiturbion, iar mijlocul de reazem este amplasat în regiunea lipsită de elemente tăietoare a sapei de foraj antiturbion, menționatejsapa de foraj este legată de cuplajul flexibil printr-un tronson de țeavă; sapa de foraj, amintită, cuprinde un al doilea set de elemente tăietoare, care este purtat de către porțiunea mijlocie a sapei de foraj la primă distanță radială prestabilită față de primul set de elemente tăietoare și la o a doua distanță radială față de axa de foraj, unde cea de-a doua distanță radială menționată este mai mare decât prima distanță radială, toate aceste elemente tăietoare producând o forță laterală pe sapa de foraj, la extremitatea ei inferioară, ca urmare a rotirii acesteia în gaura de sondă, și un mijloc de reazem, amplasat pe porțiunea mijlocie a sapei de foraj între primul set de elemente tăietoare și cel de-a doilea set menționat de elemente tăietoare, pentru a veni, efectiv continuu, în contact cu peretele găurii de sondă, în timpul forajului, pentru a primi o forță de reacțiune care provine de la gaura de sondă, ca răspuns la forța laterală menționată, și care este orientată către o amplasare adiacentă la extremitatea superioară a porțiunii mijlocii a sapei de foraj, forța de reacțiune și forța laterală formând un moment la partea inferioară, care este situat în jurul porțiunii frontale a sapei de foraj și căruia i se opune un moment la partea superioară având o componentă de forță care este orientată spre cuplajul flexibil unde distanța dintre primul set de elemente tăietoare și cel de-a doilea set de elemente tăietoare, transversală pe mijlocul de reazem, este suficient de mică, astfel încât mărimea momentului de la partea inferioară și mărimea momentului de la partea superioară, menționate, sunt mai mici decât mărimea momentului de la partea superioară care ar fi rezultat dacă primul set de elemente tăietoare și cel de-al doilea set de elemente tăietoare ar fi separate axial la o distanță care este mai mare decât acea distanță, prestabilită, menționată; ansamblul prezintă la partea superioară a sapei de foraj un element de lărgire purtat de coloana de foraj și care are rolul de a lărgi prin răzuire gaura tăiată de către sapa de foraj, venind în contact cu pereții găurii de sondă, respectivul element de lărgire extinzându-se în raport cu axa de foraj la o distanță axială prestabilită deasupra elementelor de tăiere ale sapei de foraj, elementul de lărgire producând o forță laterală ca urmare a contactului acestuia cu pereții găurii de sondă, și între sapa de foraj și elementul de lărgire menționat este amplasat un element de reacțiune purtat de către coloana de foraj și care are rolul de a veni în contact, efectiv continuu, cu peretele găurii de sondă, în timpul forajului, pentru a primi o forță de reacțiune care provine de la gaura de sondă ca răspuns la forța laterală menționată, respectivul element de reacțiune extinzându-se față de axa de foraj pe o distanță care nu este mai mare decât gaura tăiată de către sapa de foraj, forța de reacțiune și forța laterală, menționate, formând un moment la partea inferioară la care se opune un moment de la partea superioară având o componentă de forță care este orientată spre cuplajul flexibil respectivul element de lărgire fiind amplasat cu un avans unghiular, față de elementul de reacțiune, cu maximum 180°; elementul de lărgire este amplsat cu avans față de elementul de reacțiune cu minimum 60°; sapa de foraj este

RO 115746 Bl o sapă de foraj cu role;pentru legarea porțiunii de bază a sapei de foraj la extremitatea inferioară a coloanei de foraj, se montează la porțiunea de bază o mufă de reducție care are o extremitate inferioară ce poartă elementul de reacțiune și o extremitate superioară 150 care poartă elementul de lărgire, menționat; forța de reacțiune și forța laterală, menționate, formează un moment la partea inferioară, în jurul mufei de reducție, căruia i se opune un moment de la partea superioară având o componentă de forță care este orientată spre cuplajul flexibil, elementul de lărgire fiind amplasat la o distanță axială, prestabilită față de elementele de tăiere ale sapei de foraj, astfel încât amplasarea 155 mijlocului de lărgire la o distanță axială mai mare determină o creștere a valorii componentei de forță menționate care este orientată spre cuplajul flexibil; cuplajul flexibil are o extremitate purtată de către un mijloc de ghidaj de curbă; elementul de reacție menționat poate fi constituit din alte două elemente de reacțiune, fiecare din aceste elemente de reacție venind în contact, efectiv continuu, cu porțiunea de perete a găurii de sondă, 160 în timpul forajului, și primind componente ale forței de reacțiune, menționate; elementul de reacțiune este ales din grupul care cuprinde o patină glisantă și un element de rulare, netăietor; elementul de lărgire este amplasat în avans față de elementul de reacțiune cu minimum 60°.

Prin aplicarea invenției, se obțin următoarele avantaje: 165

- posibilitatea aplicării atât la foraje cu rază scurtă, cât și la cele cu rază lungă;

- robustețe și siguranță în funcționare;

- posibilitatea utilizării și în situația folosirii unei sape de foraj clasică.

Se dă, în continuare, un exemplu de realizare a invenției în legătură cu figurile, care reprezintă: 170

- fig. 1 A, vedere laterală, schematică, a ansamblului pentru foraj curbat, în situația utilizării la forarea unei găuri cu raza de curbură lungă;

- fig. 1B, vedere laterală, schematică, a ansamblului pentru foraj curbat, în situația utilizării la forarea unui găuri cu raza de curbură scurtă;

- fig. 1C, vedere laterală, schematică, a ansamblului pentru foraj curbat, în situația 175 utilizării la forarea unei găuri cu raza de curbură scurtă, într-o variantă de realizare;

-fig.1D, vedere laterală, schematică, a ansamblului pentru foraj curbat, în situația utilizării la forarea unei găuri cu raza de curbură scurtă, într-o variantă de realizare;

- fig. 1 E, vedere laterală, schematică, a ansamblului pentru foraj curbat, în situația utilizării la forarea unei găuri cu raza de curbură scurtă, într-o variantă de realizare; 180

- fig.2, secțiune longitudinală prin extremitățile unui ansamblu pentru foraj curbat, clasic, similar cu cel prezentat în fig. 1 A, B, C, D, și la care niște mijloace de ghidare sunt amplasate deasupra unui cuplaj flexibil;

-fig.3, vedere laterală, schematică, și secțiune printr-o sapă de foraj, amplasată la extremitatea ansamblului pentru foraj curbat din fig. 1 A; 185

- fig. 4, vedere în plan orizontal a extremității inferioare a sapei de foraj din fig.3;

-fig.5, secțiune longitudinală schematică parțială printr-un ansamblu pentru foraj curbat, într-o variantă;

-fig.5A, secțiune transversală prin ansamblul pentru foraj curbat din fig.5, după direcția AA; 190

- fig.5B, secțiune transversală prin ansamblul pentru foraj curbat din fig.5, după direcția AA, decalată cu 90° spre stânga față de secțiunea din fig.5A;

- fig.5C, secțiune, la scară mărită, în plan vertical, printr-un cuplaj flexibil de la extremitatea superioară a ansamblului pentru foraj curbat, din fig.5;

- fig.5D, secțiune transversală prin cuplajul flexibil din fig.5, după direcția DD; 195

- fig.5E, secțiune transversală prin cuplajul flexibil din fig.5, după direcția EE;

RO 115746 Bl

-fig.6, secțiune transversală printr-o mufă de reducție, lărgitoare, din fig. 5, după direcția 6S;

- fig.7, reprezentare schematică a ansamblului pentru foraj curbat, într-o altă variantă.

Ansamblul pentru foraj curbat, conform invenției, poate fi cuplat la o coloană de foraj, rotativă, pentru forarea unei găuri subterane, curbate,definită de un fund, un perete, o rază interioară R|, o rază exterioară R_o și o rază de curbură R_c Ansamblul pentru foraj curbat cuprinde un mijloac de ghidare 34 pentru ghidarea coloanei de foraj, pe un traseu curbat, o sapă rotativă 22 pentru foraj rotativ și un cuplaj flexibil 186, situat într-un punct intermediar dintre extremitățile coloanei de foraj și la o distanță prestabilită față de sapa de foraj 22. Sapa de foraj 22, conform invenției, prezintă o porțiune de bază 36 dispusă în jurul axei longitudinale și care face legătura cu extremitatea inferioară a coloanei de foraj, o porțiune laterală 40, care este dispusă în jurul axei longitudinale a sapei de foraj 22 și se extinde din porțiunea de bază 36, către o extremitate inferioară și se continuă cu o porțiune frontală 42 dispusă în jurul axei longitudinale a sapei de foraj 22. Niște elemente tăietoare 44 sunt purtate de către sapa de foraj 22 și dau naștere la o forță laterală F_L pe sapa de foraj 22 la extremitatea inferioară, ca urmare a rotirii ei într-o gaură de sondă 26. Sapa de foraj 22 poartă pe partea sa laterală niște mijloace de reazem 48, cu rolul principal de a se afla continuu în contact cu peretele găurii de sondă 26 în timpul forării și pentru a primi o forță de reacțiune F_B din partea găurii de sondă 26, ca urmare a forței laterale F_L de pe sapa de foraj 22 și care este orientată către o zonă adiacentă cu extremitatea superioară a porțiunii laterale 40 a sapei de foraj 22. Forța de reacțiune F_R și forța laterală F₍ formează un moment la partea inferioară, în jurul sapei de foraj 22 și în partea opusă, un moment care se manifestă la partea superioară și care prezintă o componentă a forței orientate către cuplajul flexibil 186. Extremitatea superioară a mijlocului de reazem 48 se situează la o distanță axială, prestabilită, de la fața sapei de foraj 22, astfel încât, valoarea momentului de la partea inferioară și valoarea momentului de la partea superioară sunt inferioare valorii momentului de la partea inferioară și valorii momentului de la partea superioară, care ar fi rezultat dacă mijloacul de reazem 48 ar fi amplasat la o distanță axială mai mare decât distanța axială prestabilită.

Conform invenției, elementele tăietoare 44 ale sapei de foraj 22 cuprind niște seturi de elemente tăietoare 44. Un prim set de elemente tăietoare 44 este situat adiacent, la extremitatea inferioară a porțiunii laterale 40 a sapei de foraj 22, iar un al doilea set de elemente tăietoare 44 este situat adiacent la extremitatea superioară a porțiunii laterale 40 a sapei de foraj 22. Primul set de elemente tăietoare 44 este amplasat la o distanță radială pe axa longitudinală a sapei de foraj 22 mai mică decât distanța radială la care este amplasat al doilea set de elemente tăietoare 44, față de axa longitudinală a sapei de foraj 22.

□ mufă de reducție 60 lărgitoare este folosită pentru a lega porțiunea de bază 34 a sapei de foraj 22 de restul ansamblului de foraj curbat. Mufa de reducție 60 are o extremitate inferioară și o extremitate superioară și poartă un element de reacție 64 la extremitatea ei inferioară și niște elemente de lărgire 66 la extremitatea superioară. Elementul de reacție 64 vine în contact, realmente continuu, cu o parte a peretelui găurii de sondă 26 în timpul forajului și primește forța de reacțiune F_R care provine de la gaura de sondă 26 și apare ca urmare a forței laterale F_L determinată de elementele tăietoare 44. Elementul de reacție 64 se extinde radial de la axa longitudinală a sapei de foraj 22

RO 115746 Bl cu o valoare care nu este mai mare decât gaura tăiată de către elementele tăietoare

44. Elementele de lărgire 66 deschid și lărgesc gaura tăiată de către elementele 245 tăietoare 44 și sunt amplasate unghiular în avans, față de elementul de reacție 64, cu maximum 180°.

Așa cum se poate observa în fig. 1A, în ansamblul de foraj curbat, montat între o sapă de foraj 22 rotativă și o coloană de foraj 24, se folosește pentru a fora o gaură de sondă curbată 26,care este caracterizată prin raza interioară R₍ raza exterioară R_o 250 și raza de curbură R_c. Un ansamblu pentru foraj curbat 20 este pus în funcțiune cu ajutorul unei surse clasice de antrenare în mișcare de rotație, nereprezentată în desene, pentru realizarea de foraje în subteran, în vederea creării unei găuri de sondă curbate 26 care prezintă un perete 28. Sursa de antrenare în mișcare de rotație poate cuprinde un troliu de foraj, cunoscut, și o coloană de foraj 24, pentru efectuarea legăturii cu sapa 255 de foraj 22. Ansamblul pentru foraj curbat 20 poate fi folosit pentru forarea unei găuri de sondă curbate 26, în orice tip de mediu, de exemplu pentru puțuri de apă, puțuri de abur, exploatări miniere subterane etc. Ansamblul pentru foraj curbat 20 poate fi folosit, de asemenea, pentru deschiderea unei găuri de sondă, curbate, dintr-o gaură de sondă rectilinie. 260

Ansamblul pentru foraj curbat 20 cuprinde un mijloc de ghidare 34 pe curbă, care poate fi pus în legătură cu coloana de foraj 24, o sapă de foraj 22, un mijloc de reazem 48 și un mijloc de contact 50 cu gaura de sondă.

Pentru a fora o gaură de sondă, curbată, este necesar să se inițieze și menține o deviere 30 între axa de foraj 31 a sapei de foraj 22 și axa longitudinală a găurii de 265 sondă 26 și să se controleze direcția de azimut a devierii 30 în gaura de sondă. Mijlocul de ghidare 34 pe curbă este folosit pentru a iniția și menține devierea 30 prin devierea coloanei de foraj 24 către raza exterioară R_o a găurii de sondă.

Sapa de foraj 22 are o porțiune de bază 36, o porțiune laterală 40 pentru calibrare, o parte față frontală 42, niște elemente tăietoare 44 și un mijloc de dezechili- 270 brare 46, cu rolul de a da naștere la o forță de dezechilibrare F] de-a lungul unui vector, reprezentat în fig.4, care, efectiv, este perpendicular pe axa de foraj 31 a sapei de foraj 22 în timpul forajului.

Mijlocul de reazem 48 este amplasat în ansamblul pentru foraj curbat 20, aproape de elementele tăietoare 44, pentru intersectarea Unui plan de forțe definit de 275 către axa de foraj 31 a sapei de foraj 22 și vectorul forței de dezechilibrare F₍ și pentru a veni efectiv în contact cu peretele 28 al găurii de sondă în timpul forajului.

Mijlocul de contact 50 este folosit pentru a veni în contact cu peretele 28 al găurii de sondă și de a susține o componentă de forță radială a forței de dezechilibrare F, de pe peretele 28 al găurii de sondă în timpul forajului. 280

Cum se poate observa în fig.2, mijlocul de ghidare 34 pe curbă cuprinde un dorn de instrumentație 86 dispus rotativ într-o carcasă excentrică 98 și un cuplaj flexibil 186 sau un cuplaj cu cap sferic. Dornul de intrumentație 86 are o extremitate superioară 88 și o extremitate inferioară 90, o axă longitudinală 92 sau de rotație și un canal 94 de trecere a fluidului interior. Carcasa excentrică 98 are o extremitate superioară 100, o 285 extremitate inferioară 102, o axă longitudinală 104, a se vedea și fig.5A și 5B, și un canal de trecere 106, care se extinde între extremitatea superioară 100 și extremitatea inferioară 102. Acest canal de trecere 106 se poate extinde prin carcasa excentrică 98 la un unghi orientat oblic în raport cu axa longitudinală 104 a carcasei excentrice 98, în scopul de a înclina axa longitudinală 92 a dornului de instrumentație 86 față de axa 290

RO 115746 Bl

295

300

305

310

315

320

325

330 longitudinală 104. Carcasa excentrică 98 include mijlocul de contact 50 pentru contactul cu gaura de sondă, în scopul de a preîntâmpina rotirea carcasei excentrice 98 cu dornul de intrumentație 86 în timpul forajului. Mijlocul de contact 50 cu gaura de sondă cuprinde, în mod caracteristic, niște știfturi, lame, elemente tip perie sau alte dispozitive care produc frecarea și care intră în legătură cu peretele 28 al găurii de sondă, pentru a preîntâmpina rotirea carcasei excentrice 98 când sapa de foraj 22, coloana de foraj 24 sau dornul de instrumentație 86 se rotesc, în mod normal în sensul acelor de ceasornic, privind de la partea superioară a găurii de sondă 26 în timpul forajului și care vor permite rotirea carcasei excentrice 98 cu dornul de instrumentație 86, când acesta se rotește în sens opus, în mod normal contra sensului acelor de ceasornic.

Ansamblul pentru foraj curbat 20 poate fi folosit la forarea de găuri de sondă curbate care au rază de curbură lungă, medie și scurtă. La forarea găurilor de sondă laterale, deviate sau înclinate, gradul de variație a înclinării se exprimă, de regulă, indicând raza de curbură a găurii de sondă R_c. Această exprimare se deosebește de cea folosită la forajul clasic unde, adesea, găurile de sondă sunt descrise prin panta lor, exprimată în grade, la 30 m. □ curbă cu rază scurtă se consideră, în general, a avea mai puțin de 45 m. O “rază medie” reprezintă circa 45 până la 90m, iar o rază lungă se află dincolo de 90m. Pentru comparație, o pantă de 5 grade la 3Dm este echivalentă, aproximativ, cu o curbă având raza de 3D0m. Nici una din diferitele pante ale curbei nu este în mod inerent mai bună decât altele.în funcție de obiectivele urmărite la o anumită sondă și restricțiile impuse de situație, o pantă a curbei va fi adesea mai convenabilă decât alta. Totuși, ca regulă generală, curbele cu rază scurtă sunt adesea mai de dorit la sondele laterale unde există o gaură deschisă minimă între scaunul coloanei tubate și zona țintă. Cu cât raza este mai scurtă, cu atât este mai puțin probabil să fie necesar să se scoată un tronson din coloana de burlane. Curbele scurte permit, de asemenea, ca pompele submersibile să fie plasate mai aproape de zonele productive. Cu cât raza este mai scurtă, cu atât mai mic este stratul sau formațiunea ce va trebui să fie traversat deasupra zonei țintă. Acest fapt poate reduce la minimum problemele asociate unei găuri de sondă săpată în șisturi argiloase instabile, pungi de gaze și alte zone productive. Când raza curbei se micșorează, are loc o micșorare și a lungimii “lateralei ce poate fi forată. Curbele cu rază mică limitează, de asemenea, și tipurile de sonde ce pot fi executate. De exemplu, tubarea unei curbe cu raza de 9m nu ar fi o soluție realistă.

Flexibilitatea garniturii de prăjini de foraj a coloanei de foraj 24 și capacitatea ansamblului pentru foraj curbat 20 de a fora o gaură de sondă cu rază scurtă se îmbunătățește dacă se adaugă un cuplaj flexibil 186 la extremitatea coloanei de foraj 24. Cuplajul flexibil 186 poate fi o articulație cu nucă sau alt tip de articulație universală capabilă să realizeze o deviere 30 pentru a crește raza de curbură R_c și să transmită forța de torsiune, compresiune și întindere la deviere.

Un alt mijloc sau altă metodă de a varia raza de curbură R_c a găurii de sondă 26, curbate,constă în a varia o distanță axială L dintre sapa de foraj 22 și cuplajul flexibil 186. Acest lucru poate fi realizat folosindu-se niște elemente de distanțare 178. Făcând referire la fig.2, ansamblul pentru foraj curbat 20 are un singur element de distanțare 178 care poate fi montat și demontat între sapa de foraj 22 și extremitatea inferioară a dornului de instrumentație 86. El asigură un mijloc convenabil de variere a distanței axiale L dintre sapa de foraj 22 și extremitatea inferioară 90 a capului de instrumentație 86, fără să se modifice sapa de foraj 22 sau dornul de intrumentație 86. Acest element de distanțare 178 poate fi fabricat relativ repede și cu cheltuieli mici, la diferite lungimi.

335

RO 115746 Bl

Aceasta permite ca alte componente, de exemplu sapa de foraj 22, dornul de intrumentație 86 etc., care necesită procese de fabricație mai costisitoare și consuma- 340 toare de timp, să fie confecționate la mărimi uniforme, decât să necesite o fabricație costisitoare, la comandă specială.

Sapa de foraj 22 are porțiunea de bază 36 dispusă în jurul axei de foraj 31, pentru a primi sursa de acționare prin coloana de foraj 24 și mijlocul de ghidare 34 pe curbă. Porțiunea de bază 36 include un element de legătură 38 de tipul cu casetă sau 345 cu bolț, cum se poate vedea, de exemplu, la extremitatea inferioară din fig.2, care poate fi articulată într-un mod cunoscut cu alte piese ale coloanei de foraj 24. Axa de foraj 31 a sapei de foraj 22 trece prin centrul porțiunii de bază 36 a sapei de foraj 22. Termenul “radial”, așa cum este folosit aici, se referă la poziții situate sau măsurate perpendicular, spre afară, față de axa de foraj 31 a sapei de foraj 22, așa cum se poate vedea, de 350 exemplu, în fig.3 și 4. Termenul “lateral”, așa cum este folosit aici, se referă la poziții sau direcții situate sau măsurate, transversal, spre afară, adică direcții laterale, față de axa de foraj 31 longitudinală a sapei de foraj 22. Termenii “axial și “longitudinal” se referă la poziții sau direcții situate sau măsurate de-a lungul sau pe aceeași direcție cu axa de foraj 31 a sapei de foraj 22. 355

Porțiunea laterală 40 a sapei de foraj 22 este, în general, de formă cilindrică și are o axă care, efectiv, este paralelă cu axa de foraj 31 a sapei de foraj 22. Datorită formei efectiv cilindrice a porțiunii laterale 40, această porțiune de calibrare are o rază de calibrare R_G măsurată radial, spre afară, și perpendicular față de axa de foraj 31 a sapei de foraj 22 către o suprafață exterioară a mijlocului de reazem 48, așa cum se 360 arată în fig.2. Cu alte cuvinte, porțiunea laterală 40 se întâlnește cu fața frontală 42 a sapei de foraj 22 de-a lungul unei linii de pe circumferință la care se află raza de calibrare R_G a sapei de foraj 22. Porțiunea laterală 40 se extinde din porțiunea de bază 36 și, preferabil, include niște caneluri exterioare 52 sau niște canale 57, cum se vede în fig.4, care se extinde, în general, paralel cu axa de foraj 31 a sapei de foraj 22, pen- 365 tru a ușura evacuarea detritusurilor, noroiului de foraj și reziduurilor de substanțe organice de la fundul găurii de sondă 26.

Porțiunea frontală 42 a sapei de foraj 22 are profil curbat, deci secțiunea transversală a porțiunii frontale, când este privită în vedere laterală perpendicular pe axa de foraj 31 a sapei de foraj 22, are profil concav. Porțiunea frontală 42, când este privită 370 în perspectivă, dintr-o parte, poate avea, de exemplu, o formă sferică, parabolică sau un alt profil curb. Asemenea profiluri nu sunt totuși limitative. De exemplu, porțiunea frontală 42 poate fi plată sau poate prezenta o cavitate care se extinde axial pentru a produce carote.

Elementele tăietoare 44 ale sapei de foraj 22 sunt dispuse fix, ies în relief din 375 exteriorul sapei de foraj 22 și sunt distanțate unul față de altul. Preferabil, sapa de foraj 22 include cel puțin un element de tăiere-calibrare 56, care este distanțat față de elementele tăietoare 44 de pe porțiunea frontală 42 a sapei de foraj 22, este dispus fix pe porțiunea laterală 40 și iese în relief din aceasta.

Fiecare element tăietor 44 este alcătuit, preferabil, dintr-un material compact, 380 dintr-un diamant policristalin, montat pe un suport, cum ar fi un suport confecționat dintr-o carbură, fig.4. Elementele tăietoare 44 mai pot include, desigur, și alte materiale, cum ar fi un diamant natural sau un material de diamant policristalin, stabil din punct de vedere termic. Fiecare dintre elementele tăietoare 44 și elementele de tăiere calibrare 56 are o bază dispusă în porțiunea frontală 42 sau, respectiv, în porțiunea laterală 40 385

RO 115746 Bl a corpului sapei de foraj 22. Fiecare dintre elementele tăietoare 44 și 56 are o muchie tăietoare pentru a veni în contact cu materialul din subteran ce trebuie să fie tăiat.

Preferabil, ansamblul pentru foraj curbat 20 include niște mijloace de dezechilibrare 46, pentru producerea forței de dezechilibrare F, de-a lungul unui vector al forței de dezechilibrare, care, efectiv, este perpendicular pe axa de foraj 31 a sapei în timpul forajului.

Mijlocul de dezechilibrare 46 poate fi asigurat printr-un dezechilibru de mase în sapa de foraj 22, sau în coloana de foraj 24, printr-un manșon sau o mufă excentrică plasată în jurul sapei de foraj 22 sau coloanei de foraj 24, sau printr-un mecanism similar capabil să producă un vector al forței de dezechilibru F, net. Preferabil, mijlocul de dezechilibrare 46 este realizat cu ajutorul elementelor tăietoare 44 și a elementelor de tăiere calibrare 56 și cuprinde o forță de dezechilibru radial și o forță de dezechilibru circumferențial. Cu alte cuvinte, vectorul forței de dezechilibru F, poate fi privit ca rezultantă a vectorului forței de dezechilibru radial și a vectorului forței de dezechilibru circumferențial.

Când sunt produse de către elementele tăietoare 44 și de elementele de tăiere calibrare 56, mărimea și direcția forței de dezechilibru F, depind de poziționarea și orientarea elementelor tăietoare 44 și 56, deci de aranjarea lor specifică, pe sapa de foraj 22 și forma sapei de foraj 22, deoarece forma influențează poziționarea elementelor tăietoare 44 și 56. Orientarea include unghiul de degajare și unghiul de înclinare a tăișului elementelor tăietoare 44. Mărimea și direcția vectorului forței de dezechilibrare F| sunt influențate, de asemenea, de construcția specifică, de forma și mărimea elementelor tăietoare 44 și a elementelor de tăiere calibrare 56, apăsarea aplicată pe sapa de foraj 22, de turație și de proprietățile fizice ale materialului din subteran, în care se execută forajul. Apăsarea pe sapă reprezintă o forță axială sau longitudinală aplicată de către sursa de antrenare în mișcarea de rotație, care este orientată către porțiunea frontală 42 a sapei de foraj 22. Sapele de foraj subteran sunt, adesea, supuse la sarcini de apăsare pe sapă de 4500 kg. sau mai mari.

în orice caz, elementele tăietoare 44 și 56 sunt amplasate și poziționate pentru a determina ca vectorul forței de dezechilibru F, să mențină, efectiv, suprafața mijlocului de reazem 48 în contact cu peretele 28 găurii de sondă 26 în timpul forajului, să imprime vectorului forței de dezechilibru F₍ direcție de echilibru și să readucă, efectiv, vectorul forței de dezechilibru F, radial la direcția de echilibru, ca urmare a unei deplasări perturbatoare.

După cum se poate vedea în fig.4, elementele tăietoare 44 sunt poziționate într-o dispunere lineară de-a lungul dimensiunii radiale a porțiunii frontale. Totuși, această prezentare este numai ilustrativă și nu limitativă. De exemplu, elementele tăietoare 44 pot fi poziționate după o schemă nelineară de-a lungul dimensiunii radiale a porțiunii frontale, pentru a forma unul sau mai multe trasee curbate, nereprezentate, sau pot fi poziționate după o schemă “neuniformă” aleatoare pe porțiunea frontală, nereprezentată. Toate elementele tăietoare 44 servesc pentru a da naștere la un vector al forței de dezechilibru F₍ care, efectiv, este situat perpendicular față de axa longitudinală a sapei de foraj 22 în timpul forajului.

Așa cum se poate observa în fig.3 și 4, mijlocul de reazem 48 ce poate fi denumit și suprafață de glisare este situat aproape de elementele tăietoare 44, ale sapei de foraj

22, pentru a intersecta un plan de forțe care este definit de către vectorul forței de dezechilibru F, și axa de foraj 31 a sapei. Preferabil, elementul de reazem 48 este situat

RO 115746 Bl pe sapa de foraj 22 sau adiacent la ea, de exemplu pe o prăjină grea sau pe un stabilizator, care este poziționat aproape de sapa de foraj 22. Acest element de reazem este amplasat, într-o zonă, efectiv continuă, lipsită de elemente de tăiere 44 de pe 435 porțiunea laterală 40 a sapei de foraj 22.

Zona lipsită de elemente tăietoare 44 cuprinde o zonă absolut continuă a porțiunii laterale 40 și porțiunii frontale 42, care este lipsită de elemente tăietoare 44, 56 și suprafețe abrazive. Zona lipsită de elemente tăietoare 44 intersectează și este dispusă în jurul planului de forțe definit de către axa de foraj 31 a sapei de foraj 22 și vectorul 440 forței de dezechilibru F,. Planul de forțe reprezintă un concept, care este util în scopuri de indicare și la explicarea efectului vectorului forței de dezechilibru F,, asupra sapei de foraj 22 și ansamblului pentru foraj curbat 20. De exemplu, planul de forțe se află în planul filei care conține fig.3 și se extinde spre afară de la axa de foraj 31 a sapei prin suprafața mijlocului de reazem 48. Când sapa de foraj 22 este privită longitudinal, așa 445 cum se vede în fig.4, acest plan de forțe pornește perpendicular din planul filei de desen, iar proiecția lui corespunde cu vectorul forței de dezechilibru F_r Conceptul planului de forțe ajută la înțelegerea efectului vectorului forței de dezechilibru F, deoarece, se poate ca un vector al forței de dezechilibru net să nu intersecteze întotdeauna porțiunea laterală 40. în unele situații, de exemplu, vectorul forței de dezechilibru F, se poate extinde 450 radial, spre afară, de ia axa de foraj 31 a sapei 22 sau aproape de porțiunea frontală 42, direct către peretele 28 al găurii de sondă 26, fără să treacă prin porțiunea laterală 40. Chiar și în aceste situații, totuși, forța de dezechilibru F₍ va fi orientată și se va afla într-un plan radial al sapei de foraj 22 care trece prin porțiunea laterală 40.

Mijlocul de reazem 48 este dispus în zona lipsită de elemente tăietoare din jurul 455 planului de forțe pentru a veni, efectiv, în contact cu peretele 28 al găurii de sondă în timpul forajului. Mijlocul de reazem 48 poate cuprinde una sau mai multe role, rulmenți sau alte suprafețe de susținere a unei sarcini, cu frecare mică. Preferabil, mijlocul de reazem 48 cuprinde o suprafață de glisare, rezistentă la uzură și netedă dispusă în zona lipsită de elemente tăietoare, în jurul planului de forțe pentru a veni în contact glisant cu 460 peretele 28 al găurii de sondă, în timpul forajului. Mijlocul de reazem 48 are o suprafață de glisare, preferată, ce intersectează planul de forțe format de axa de foraj 31 a sapei de foraj 22 și vectorul forței de dezechilibru F,.

Suprafața mijlocului de reazem 48 constituie o zonă, continuă, care are o mărime egală sau mai mică decât zona lipsită de elemente tăietoare 44. Suprafața mijlocului de 465 reazem 48 este dispusă pe porțiunea laterală 40. Suprafața mijlocului de reazem 48 poate fi alcătuită din același material ca și celelalte porțiuni ale sapei de foraj 22 sau un material relativ mai dur, cum ar fi o carbură. în afară de aceasta, suprafața mijlocului de reazem 48 poate include o depunere rezistentă la uzură sau o impregnare cu diamant, o serie de inserții de bare de diamant, o serie de tălpi subțiri de diamant, 470 inserții sau impregnări care consolidează suprafețele de reazem și îmbunătățesc durabilitatea.

Suprafața mijlocului de reazem 48 vine în contact direct cu peretele 28 al găurii de sondă. Noroiul de foraj este pompat prin sapa de foraj 22 și circulă în susul găurii de sondă 26 pe lângă porțiunea laterală 40 a sapei de foraj 22, asigurând prin aceasta o 475 anumită ungere pentru suprafața mijlocului de reazem 48. Cu toate acestea, are loc un contact substanțial între suprafața mijlocului de reazem 48 și peretele 28 al găurii de sondă. în consecință, adesea, sunt de dorit acoperiri rezistente la uzură pentru suprafața mijlocului de reazem 48, așa cum s-a analizat mai sus.

RO 115746 Bl

Mărimea specifică și configurația suprafeței mijlocului de reazem 48 vor depinde de construcția specifică și folosirea sapei de foraj 22. Preferabil, mijlocul de reazem 48 sau suprafața de glisare se extinde, longitudinal, pe întreaga lungime a porțiunii laterale 40 și, circumferențial, în jurul a cel mult a 50% din circumferința de calibrare. Suprafața mijlocului de reazem 48 se poate extinde aproximativ pe 20% până la 50% din circumferința de calibrare. Preferabil, mijlocul de glisare 48 se extinde pe un minimum de circa 30% din circumferința de calibrare.

Suprafața mijlocului de reazem 48 trebuie să aibă o arie suficientă, astfel încât, când este apăsată pe peretele 28 al găurii de sondă, forța aplicată să fie semnificativ mai mică decât rezistența la compresiune a materialelor din subteran aflate în peretele 28 al găurii de sondă. Aceasta face ca suprafața mijlocului de reazem 48 să nu sape în peretele 28 al găurii de sondă și să nu-l sfărâme, fapt care ar conduce la o mișcare turbionară și la o depășire a calibrării găurii de sondă 26. Suprafața mijlocului de reazem 48 are o mărime suficientă pentru a conține vectorul forței de dezechilibrare F_t când acesta se deplasează datorită modificării durității materialelor din subteran și altor forțe perturbatoare din interiorul găurii de sondă 26. Preferabil, mărimea suprafeței elementului de reazem 48 se alege, de asemenea, astfel încât vectorul forței de dezechilibrare F| să rămână cuprins de către suprafața mijlocului de reazem 48, când elementele de tăiere 44 ale sapei de foraj 22 se uzează.

Referitor la fig. 1B, se poate vedea că o modificare preferată pentru forajul unei găuri de sondă, curbate, cu rază de curbură scurtă, include adăugarea unui tronson 84 de prăjină de foraj, flexibil sau articulat, al coloanei de foraj 24, imediat deasupra ansamblului pentru foraj curbat. Tronsonul 84 articulat cuprinde, în mod obișnuit, tronsoane de prăjină care au niște cuplaje de articulare 85, sau ceva asemănător. Tronsonul 84 articulat este prevăzut astfel încât coloana de foraj 24 nu stânjenește capacitatea ansamblului pentru foraj curbat 20 de a fora o gaură curbată, cu rază scurtă. Adesea o coloană de foraj obișnuită nu are suficientă flexibilitate pentru a traversa o gaură de sondă, curbată, cu rază scurtă și deci este posibil să nu permită ca ansamblul să foreze o gaură de sondă curbată, cu rază scurtă. Preferabil, tronsonul 84 articulat se extinde în susul găurii, de la ansamblul pentru foraj curbat 20 prin porțiunea curbată a găurii de sondă 26.

Prăjinile grele de foraj, articulate, sunt numite, în mod obișnuit “prăjini oscilante pe direcție longitudinală”. Ele se construiesc decupându-se o serie de configurații de interblocare, cu buclă, în peretele prăjinilor grele de foraj, din oțel. Fiecare asemenea prăjină grea 84 este echipată cu un furtun hidraulic de înaltă presiune și un ansamblu de etanșare. Din punct de vedere istoric, aceste prăjini grele reprezintă singura opțiune rezonabilă pentru rotire într-o curbă cu rază scurtă, însă ele nu sunt ideale, deoarece tind să se îndrepte sub sarcina de compresiune, determină o rotire brută imprecisă a coloanei de foraj, complică procedura de orientare a manșonului de deviere și sunt greu de manipulat. Coloanele grele din oțel sunt foarte rezistente când sunt proiectate și fabricate în mod corespunzător și asigură o durată de serviciu corespunzătoare, însă ridică probleme serioase. Mai mult decât atât, o prăjină oscilantă pe direcție longitudinală, oricum ar fi confecționată, se manipulează greu, deoarece nu pot fi ridicate la verticală cu o turlă de foraj. Aceasta determină un timp suplimentar de ridicare și poziționare pe timpul forajului. Din cauză că se impune montarea unui cilindru hidraulic pentru a permite circulația fluidului de foraj, acest fapt limitează mărimea instrumentelor de supraveghere care pot fi trecute prin coloana de foraj. Aceasta limitează, de asemenea, valoarea presiunii în sistem.

RO 115746 Bl

Greutăți în foraj apar, în cazul unei prăjini oscilante pe direcție longitudinală, din cauza variațiilor mari de flexibilitate la fiecare decupare, când aceasta este deviată și rotită cu o rotație completă. Efectul global produs de 60 până la 100 de decupări, când 530 rotirea are loc într-o curbă cu raza de 9m poate da naștere la oscilații importante de cuplu. Decalarea sau “fazarea” decupărilor în josul lungimii prăjinii poate reduce această problemă, însă unele decalări amplifică, realmente, efectul.

Probleme de orientare apar adesea datorită “lărgimii” din decupări, o prăjină oscilantă pe direcție longitudinală își capătă flexibilitatea din jocurile sau fantele produse 535 de către suflaiul de tăiere în procesul de fabricație, însă, chiar acest element caracteristic permite ca fiecare decupare să alunece și să se deplaseze față de alte decupări, în special atunci când prăjina este deviată într-o curbă. “Lărgimea” în plus a unui număr de 6D până la 100 de decupări într-o curbă poate da naștere la discontinuități mari de răsucire, care duc la erori grave de orientare. 540 □ alternativă la prăjina oscilantă pe direcția longitudinală este aceea de a se folosi tuburi sau țevi continue fabricate din materiale cu modul de deformare scăzut și înaltă rezistență, cum ar fi titan sau materiale compozite grafit-fibră de sticlă. Aceste materiale pot asigura o rezistență adecvată, cum ar fi oțel sau aluminiu.

Majoritatea componentelor din metal trebuie să nu lucreze la sarcini ciclice mai 545 mari de 50% din rezistența la curgere, deoarece are loc o accelerare a creșterii fisurii de oboseală, prin coroziune și neregularități de suprafață. Din cauza acestui fapt, se pare că numai titanul poate să asigure o rezistență adecvată la oboseală pentru a fi folosit la un foraj cu rază scurtă. Pe de altă parte, materialele compozite sunt mai rezistente la creșterea uzurii la oboseală și sunt mai puțin costisitoare. Astfel, chiar dacă titanul 550 prezintă niveluri de solicitare ușor mai scăzute decât un material compozit, acesta din urmă poate să asigure, efectiv, o durată superioară de serviciu de oboseală.

Tronsonul 84 din material compozit din fig. 1D constituie o alternativă la prăjina oscilantă pe direcția longitudinală. O prăjină din material compozit are distanțiere de uzură poziționate de-a lungul corpului prăjinii, pentru a preîntâmpina un contact total cu 555 gaura de sondă. Distanța optimă dintre aceste distanțiere poate fi determinată de lungimea prăjinii. □ prăjină nearticulată și mai ușoară, confecționată din material compozit, este mai ușor de manipulat decât o prăjină oscilantă pe direcție longitudinală. Forajul este mai lin, greutatea și transmiterea cuplului sunt îmbunătățite, puse în evidență de viteze de penetrare mai ridicate, iar orientarea este mai precisă. Mai mult 560 decât atât, o prăjină din material compozit este mai ușor de folosit.

în urma încercărilor efectuate cu o prăjină din material compozit a rezultat clar că, forajul curbat poate fi un proces eficient și precis în absența comportării nesatisfăcătoare a unei prăjini grele articulate. Aceasta a condus la efectuarea unui studiu pentru a se vedea dacă o prăjină grea de foraj, articulată, ar putea fi reproiectată pentru 565 a se comporta ca o prăjină din material compozit. A fost construit un dispozitiv pentru analiza comportării dinamice a unei prăjini grele, articulate. Acest dispozitiv constă dintrun burlan de foraj cu lungimea de 22 picioare a 4,5 țoii, îndoit cu o curbură de 2°/D,3 m, respectiv o rază de 9m , simulând, astfel, o gaură de sondă de 3,94 țoii, în care, prăjina grea, articulată, ar putea fi rotită și deviată. Dispozitivul asigură simultan 570 rotirea și încărcarea axială a prăjinii grele, articulate, folosind un motor electric și un cap hidraulic. Niște ferestre sunt tăiate în burlan pentru a permite observarea directă a decupărilor articulate. Presiunea hidrualică, greutatea pe sapă și curentul motorului, cuplul, au fost înregistrate într-o diagramă pe bandă care apoi au fost transformate în expresia digitală pentru analiza datelor. Rezultatele obținute au pus în evidență urmă- 575 toarele constatări:

RO 115746 Bl

- variațiile de flexibilitate determină variații ale lungimii prăjinii;

- suprafețele rotunjite de pe muchiile conducătoare ale tăieturilor permit ca bosajele conducătoare să încalce bosajele conduse când se aplică un cuplu și care, în continuare, contribuie la alungirea prăjinii;

- odată ce cuplul este eliminat, prin oprirea motorului de pe podul sondei, prăjina intră în repaus, iar sarcina axială descrește în mod evident.

Lucrul cu modele de prăjini mici din material plastic a arătat că o prăjină oscilantă pe direcție longitudinală, o prăjină grea articulată trebuie proiectată pentru a realiza o trecere lină de sarcină axială de la bosaj la bosaj și, dacă este posibil, cuplul trebuie să fie transmis simultan de la ambele bosaje conducătoare la bosajele conduse. De asemenea, capacitatea de centrare corectă când este supusă la întindere constituie un beneficiu considerabil pentru orientare.

Experimentările efectuate au arătat că, configurațiile cu suprafețe curbate ar putea satisface criteriul de transmitere a cuplului. Totuși, configurațiile cu muchii în pătrat au satisfăcut criteriul de cuplu, permițând ca ambele bosaje conducătoare să transmită simultan un cuplu. De asemenea, partea superioară, plată și muchiile conducătoare au asigurat un transfer lin al sarcinii axiale.

O decupare în coadă-de-rândunică a fost supusă la încercări pe baza caracteristicilor ei bune de centrare și muchiilor plate ale bosajului, ca în fig. 1C. Un racord de 6m cu decupare nulă a dat rezultate încurajatoare, însă era evident că decupările trebuie să fie fazate pentru a face mai lină funcționarea prăjinii de foraj, articulate. în locul unui decalaj de numai câteva grade pe decupare, cum se practică în stadiul cunoscut al tehnicii, configurația a fost repetată mai frecvent pentru a reduce propagarea devierii laterale. îmbunătățirea a fost surprinzătoare, cu rotire lină la toate sarcinile axiale. Comportarea prăjinii de foraj articulate a fost îmbunătățită în mod substanțial cu ajutorul construcției în coadă-de-rândunică.

Construcția cu coadă-de-rândunică a făcut ca prăjina de foraj articulată să fie o opțiune viabilă pentru forajul după o curbă cu rază scurtă și este recomandă cu convingere. Totuși, în scopul de a atinge viitoare obiective cu forajul curbat, cum ar fi realizarea unor găuri adânci, potențialele avantaje ale unei prăjini din material compozit pot depăși costul mai scăzut al prăjinii de foraj, articulate, din oțel.

S-a menționat că un mijlloc de variație a razei de curbură R_c a unei găuri de sondă, curbate 26, este acela de a alege mărimi variabile, pentru distanța axială L a elementului sau elementelor distanțiere 178 din fig.1 A, dintre sapa de foraj 22 și extremitatea inferioară 90, a dornului de instrumentație 86. Elementul distanțier 178 se montează detașabil între sapa de foraj 22 și extremitătea inferioară 90 a dornului de intrumentație 86. Adesea, când se forează un profil orizontal al unei găuri de sondă, trebuie să se facă o corecție la înclinare sau direcție. Cu cât “laterala” este mai lungă și cu cât zona țintă este mai subțire, cu atât este mai necesar să existe posibilitatea de a face o asemenea corecție. în general, corecțiile de direcție sau înclinare care se fac în porțiunea laterală trebuie să fie făcute cu o curbură mai mare decât cea folosită la forarea unei porțiuni cu rază scurtă a unei găuri de sondă. Curbura porțiunii cu rază scurtă a găurii de sondă poate fi, în mod caracteristic, cu 200°/ 30m. Corecțiile sunt, în mod specific, de ordinul a 10°/3D m. Construcția unui ansamblu de foraj curbat pentru atingerea unei curburi specifice este determinată de lungimea lui caracteristică și de excentricitatea manșonului de deviere. De exemplu, dacă un ansamblu de foraj curbat cu rază scurtă are o lungiume caracteristică de 16 țoii și o excentricitate de 0,625 țoii, atunci pentru creșterea razei de curbură se impune, fie o creștere semnificativă a lungimii caracteristice, fie o reducere semnificativă a excentricității. Dacă lungimea este

RO 115746 Bl menținută la 16 țoii, atunci excentricitatea trebuie redusă până la 0,037 țoii pentru a crește curbura până la 10°/30m. Această mărime este mai mică decât variația normală din diametrul găurii de sondă și probabil că ar face ca, performanța ansamblului să fie imprevizibilă. Cu alte cuvinte, nu este practic să se obțină o curbură redusă prin reducerea excentricității. 630

Ca alternativă, lungimea caracteristică poate fi mărită pentru a realiza o curbură redusă. Dacă excentricitatea este menținută la 0,625 țoii, atunci lungimea trebuie mărită până la 104 țoii. Deși un ansamblu cu aceste dimensiuni ar funcționa, previzibil, foarte bine, asamblul ar fi prea lung pentru a trece prin porțiunea de rază scurtă a curbei care trebuie traversată înainte de a pătrunde în profilul lateral sau orizontal al 635 găurii de sondă.

O cale de rezolvare a acestei probleme este aceea de a face ca elementul de distanțare 178 să fie flexibil. Făcând referiri la fig. 1E, acest lucru poate fi realizat confecționând elementul de distanțare 178,dintr-un tub de material compozit fibră de sticlă/ carbon, similar cu materialul folosit la formarea tronsonului 84 folosit în fig. 1D. Rezul- 640 tatul este acela că ansamblul este suficient de flexibil pentru a trece prin sectorul curbat și încă suficient de rigid pentru a ține sapa de foraj 22 orientată în mod corespunzător. Cu alte cuvinte, un ansamblu de foraj prevăzut cu un element de distanțare 178 de tub din material compozit la partea superioară a sapei de foraj 22 poate fi suficient de flexibil pentru a trece printr-o secțiune curbă și asigurând încă o rigiditate adecvată pentru 645 direcționarea sapei de foraj 22.

Poate fi, de asemenea, posibil să se obțină același efect folosind prăjini grele de foraj, articulate, având o construcție care se poate bloca rigid când se aplică o forță de compresiune. Este, de asemenea, posibil să se obțină o asemenea flexibilitate în elementul de distanțare prin folosirea unui oțel de înaltă rezistență sau un material cu 650 titan care este suficient de flexibil, fără a depăși efortul de curgere a materialului când este trecut printr-o zonă curbă a găurii de sondă.

Rolul cuplajului flexibil 186 cu articulație flexibilă sau sferică este acela de a permite ca sapa de foraj 22 să oscileze suficient din gaura de sondă 26 pentru a fora o curbă cu rază scurtă. El trebuie să fie capabil să transmită o apăsare axială către sapa 655 de foraj, o forță de întindere pentru tragere dacă sapa se înțepenește și un cuplu pentru rotirea sapei de foraj 22. Cuplajul flexibil 186 trebuie, de asemenea, să se rotească lin, să se flambeze sub o sarcină de compresiune, să nu se îndrepte sub o solicitare la torsiune și să conducă un fluid cu scurgere minimă.

Un cuplaj flexibil perfecționat este prezentat în descrierea de invenției 660 SUA 5213168. Acel cuplaj include doi dinți pentru transmiterea cuplului care sunt angrenați aproape deasupra centrului sferei și o reducție de împingere care poate “oscila” ușor pentru a ține ambii dinți angrenați când ansamblul se rotește. Oscilația este redusă la minim dacă, sarcina pe dinte este ținută direct deasupra centrului sferei. Acea articulație are o bună rezistență și caracteristici bune de funcționare pentru un foraj 665 curbat cu rază scurtă. în această privință, cuplajele flexibile anterioare nu s-au dovedit satisfăcătoare din cauză că au tendința să se îndrepte sub sarcini, fie la compresiune, fie la torsiune.

Un cuplaj flexibil cu bilă 286 este prezentat în fig. 5, 5C, 5D și 5E și reprezintă o variantă pentru cuplajul flexibil din alcătuirea ansamblului pentru foraj curbat. El cuprinde 670 o carcasă de încărcare 250 și o carcasă cu mufă 252. Cuplajul flexibil cu bilă 286 asigură transmiterea de forțe axiale și de torsiune prin coloana de foraj și permite ca, în același timp, fluidul de foraj să circule prin centrul articulației.

RO 115746 Bl

Carcasa de încărcare 250 include o primă extremitate 254, o extremitate 256 opusă și o gaură 258. Carcasa de încărcare 250 este, în general, de formă cilindrică și are o axă longitudinală care se extinde la un capăt până la celălalt capăt între cele două extremități 254 și 256. Carcasa de încărcare 250 mai include, de asemenea, un element de încărcare 262 sau un bolț cu cap sferic dispus în gaura 258 și se extinde de la prima extremitate 254 a carcasei de încărcare 250. Extremitatea 256, corespunzătoare, carcasei de încărcare 250 este folosită pentru legarea acesteia cu o garnitură de prăjini de foraj, o prăjină grea, un ansamblu de foraj curbat sau altele de acest gen. Preferabil, gaura 258 se află în contact de comunicare fluidă cu o gaură 265 a elementului de încărcare 262. După cum se poate vedea din desene, elementul de încărcare 262 are un arbore 263 la un capăt. Arborele 263 servește pentru legarea elementului de încărcare 262 în interiorul carcasei de încărcare 250.

Carcasa cu mufă 252 include o primă extremitate 264, o extremitate 266 opusă și o gaură 268 care se extinde de la o extremitate 264 până la cealaltă extremitate 266. Carcasa cu mufă 252 este construită și aranjată pentru a primi elementul de încărcare 262 al carcasei de încărcare 250 în gaura sa 268 de la prima ei extremitate 264 printr-un suport de reazem 278 și o piuliță de blocare 290. Carcasa cu mufă 252 este, în general, de formă cilindrică și are o axă longitudinală care se extinde de la o extremitate 264 până la cealaltă extremitate 266. Extremitatea 266 opusă poate fi formată în coloana de foraj, într-o prăjină de foraj grea, în dornul de instrumentație sau în ceva asemănător, cu care trebuie să se lege carcasa cu mufă 252.

Carcasa cu mufă 252 prezintă o bucșă de apăsare axială 274, care este dispusă în gaura 268 a carcasei cu mufă 252. Bolțul cu cap sferic 262 prezintă o suprafață de apăsare axială pentru a veni în contact cu bucșa de apăsare axială 274 și a transfera apăsarea axială între carcasa de încărcare 250 și carcasa cu mufă 252, când este necesar să se transfere greutatea pe sapă de la coloana de foraj la ansamblul de foraj curbat.

Lucrul anterior cu ansambluri de foraj cu rază scurtă arată că o articulație flexibilă trebuie să prezinte o asemenea caracteristică încât ea să nu se îndrepte sub acțiunea unor forțe de compresiune sau a unor forțe de torsiune. Mai mult decât atât, este preferabil ca forțele de torsiune să fie transmise cât mai departe posibil de linia centrală a articulației. Aici, sarcinile de compresiune sunt transmise cu ajutorul bucșei de apăsare 274 axială și bolțul cu cap sferic 262. Sarcinile de întindere sunt transmise cu ajutorul suportului de reazem 278 și bolțului cu cap sferic 262. Preferabil, bucșa de apăsare axială 274 și bolțul cu cap sferic 262 sunt construite din metale sau materiale diferite, pentru a reduce la minimum uzura prin frecare. Niște elemente de etanșare 280, de exemplu inele, ajută ca fluidul de foraj să fie închis în gaură prin centrul bolțului cu cap sferic 262 și bucșei de apăsare axială 274.

Un element caracteristic al articulației flexibile 286, prezentate în fig. 5 și 5C, îl constituie modul prin care se transmite cuplul prin articulație. Făcând referire la fig.5E, se poate vedea că șase bile de metal sunt amplasate în niște locașuri 270, 272 sau cavități sferice, în general complementare, din bolțul cu cap sferic 262 și bucșa de apăsare axială 274, pentru o transmitere lină a cuplului. Aceste locașuri 270 și 272 sau cavități sunt configurate astfel încât, când articulația este deviată în orice direcție în cadrul limitelor ei constructive, toate bilele sunt încărcate în mod egal. în mod special, locașurile 270 din bolțul cu cap sferic 262 sunt efectiv sferice pentru a ține bilele pe loc în raport cu centrul bilei de la extremitatea bolțului cu cap sferic 262. Totuși, locașurile

RO 115746 Bl

272 adiacente nu sunt de formă perfect sferică, complementară, adică sunt de formă ovală, astfel încât să permită o deplasare relativă, limitată aproximativ câteva grade, a carcasei cu mufă 252 în raport cu carcasa de încărcare 250. O suprafață de încărcare 276 cu apăsare axială și bucșa de apăsare axială 274 sunt aranjate astfel încât suprafața de încărcare 276 cu apăsare axială, când vine în contact cu bucșa de apăsare 725 axială 274, să poată pivota în jurul unui centru de pivotare 292, care, în general, se află în coincidență coplanară sau radială, în raport cu niște axe longitudinale 259 și 269 ale celor două carcase de încărcare cu mufă 250 și 252, prin niște bile 260 de transmitere a cuplului.

□ altă caracteristică a cuplajului flexibil 286 îl constituie modul de etanșare a 730 bolțului cu cap sferic 262 la carcasa de încărcare 250, fig.5D. în mod special se folosește o pană plată 294 și un set de știfturi 296. Pana plată 294 este prevăzută pentru a preveni deplasarea axială a bolțului cu cap sferic 262 în raport cu carcasa de încărcare 250. Rigiditatea la torsiune este asigurată cu ajutorul celor patru știfturi 296 amplasate în niște caneluri 298 dintre un bolț 299 de capăt al bolțului cu cap sferic 735 262 și corpul carcasei de încărcare 250. Elementele de etanșare 280 sunt prevăzute pentru menținerea presiunii.

Preferabil, așa cum se poate vedea în exemplul de realizare din fig.5C, suprafața de apăsare axială 276 și suprafața bucșei de apăsare axială 274 sunt convexă, respectiv, concavă, pentru a ușura mișcarea de pivotare atunci când apăsarea axială este 740 transferată între carcasa de încărcare 250 și carcasa cu mufă 252. După cum se vede în fig.5C, suprafața preferată de încărcare axială 276 este de formă convexă, iar suprafața bucșei de apăsare axială 274 este de formă concavă, deși, ambele suprafețe pot fi convexe.

într-un cuplaj flexibil, prototip, 286, suprafața de apăsare axială 276 și suportul 745 de reazem 278 formează o cavitate sferică pentru extremitatea bolțului cu cap sferic

262

Cuplajul flexbil 186 poate fi ampalsat la mijlocul de ghidare 34, pe curbă și, în mod caracteristic, este plasat la același capăt al mijlocului de ghidare 34 pe curbă, unde se află mijlocul de contact 50 cu gaura de sondă. Pentru legarea cuplajului flexibil 186 750 la dornul de instrumentație 86, poate fi folosită fie carcasa de încărcare 250, fie carcasa cu mufă 252. în fig.2,mijlocul de contact 50 și cuplajul flexibil 186 sunt amplasate la extremitatea inferioară 90 a dornului de instrumentație 86. Extremitatea de jos a carcasei cu mufă 252 este dispusă către extremitatea inferioară 90 a dornului de instrumentație 86. în fig.5, mijlocul de contact 50 este amplasat opus celui din fig.2. 755

Făcând referiri la fig.2, se poate vedea că elementele de tăiere 44 ale sapei de foraj 22 dau naștere unei forțe laterale F_L care acționează asupra găurii de sondă. Acestei forțe laterale F_L i se opune o forță de reacțiune F_B de pe mijlocul de reazem 48, forță care se află mai sus față de baza sapei de foraj 22. Datele obținute la încercări arată că forța de reacțiune F_R de pe mijlocul de reazem 48 acționează sau este orientată 760 către extremitatea superioară a mijlocului de reazem 48, deoarece cea mai mare parte a uzurii se află la capătul de sus al mijlocului de reazem 48. Prin faptul că o forță tăietoare F_c și forța de reacțiune F_B nu acționează asupra aceluiași punct de pe axa de foraj 31 a sapei de foraj 22, ia naștere un moment care imprimă o forță laterală F_Lasupra cuplajului flexibil 186, deoarece, articulația cu bilă este piesa nerigidă, cea mai 765 apropiată de coloana de foraj. în special, forța laterală F_L tinde să împingă și să scoată un cap sferic 162 dintr-o mufă 176, provocând, astfel, fenomene de uzură în articulație

RO 115746 Bl și, ulterior, deplasarea axei de foraj 31 a sapei de foraj 22. Această deplasare poate fi suficientă pentru a influența raza de curbură R_c forată de ansamblul pentru foraj curbat

20.

Forța laterală F_L de pe cuplajul flexibil 186 poate fi redusă la minimum prin reducerea separării axiale dintre forța tăietoare F_c și forța de reacțiune F_R. De exemplu, pentru un ansamblu s-a estimat, înainte ca problema să fie recunoscută, că distanța axială dintre cele două forțe tăietoare și de reacțiune F_c și F_R este de circa trei țoii pentru o sapă de foraj cu diametrul de 3 - 15/16 țoii. O sapă de foraj, cu același diametru, având un calibru mai aproape de extremitatea sapei de foraj, trebuie să asigure o performanță mai bună.

Momentul format de cele două forțe de reacțiune și tăietoare F_R și F_c poate fi, de asemenea, redus, distribuind o parte din forța tăietoare F_c, axial deasupra mijlocului de reazem 48, precum și sub acesta. Această situație este ilustrată în fig.3 și 4. Proiectând sapa de foraj 22', potrivit acestui concept, momentul format de forțele de reacțiune și tăietoare F_R și F_c, pentru scopuri practice, poate fi considerat ca factor limitativ în construcția articulației sferice.

Făcând referiri la fig.3, se menționează că sapa de foraj 22' are un avantaj suplimentar, prin faptul că reduce la minimum problema jocului când este folosită într-o gaură de sondă cu rază scurtă. Atunci când sapa de foraj 22' este trasă pe o distanță aproximativ egală cu lungimea unui mijloc de reazem 48, sapa de foraj 22' se deplasează într-o gaură de sondă, care este ceva mai largă decât diametrul cel mai mare al sapei de foraj. Acest fapt asigură un joc adecvat, astfel încât, dacă sapa de foraj 22' este ușor înclinată sau dacă ea adună resturi vegetale deasupra, există o mică tendință ca ea să se înțepenească în gaura de sondă 26.

Referindu-ne din nou la fig.3, se vede că sapa de foraj 22' se rotește în jurul unei linii sau axe de foraj 31 centrale, determinată de niște elemente de tăiere 5a și 6a și mijlocul de reazem 48. Niște cuțite de calibrare 56a și 56b sunt deplasate radial, mai departe de axa de foraj 31 a sapei de foraj 22' decât mijlocul de reazem 48. Astfel, când sapa de foraj 22' este rotită, cuțitele de calibrare 56a, 56b vor tăia până la un diametru dat de dublul razei de curbură R_c, respectiv 2RJ.. Mai mult decât atât, imediat ce sapa de foraj 22' este trasă pe o distanță mai mare decât lungimea mijlocului de reazem 48, aceasta se deplasează într-o porțiune a găurii de sondă, care este mai largă decât o dimensiune diametrală R_p, cea mai mare, plus raza de curbură R_c. în practică, diferența dintre diametrul de gaură și diametrul efectiv al sapei de foraj 22' este de ordinul a 1/16 dintr-un țol. Acest fapt asigură un joc adecvat, astfel încât, dacă sapa de foraj 22' este puțin înclinată sau dacă ea adună resturi vegetale deasupra, există o ușoară tendință de înțepenire în gaura de sondă.

Referindu-ne la fig.5 se menționează că, încercările efectuate cu ansambluri similare de foraj curbat au demonstrat că, această sapă ar putea fi folosită pentru a crește înclinarea unei găuri de sondă până la 35°, cu o viteză de înclinare de 5°/ 30m. Totuși, după ce s-a atins înclinarea de 35°, orice încercare de a fora cu excentricitatea unui ansamblu de foraj orientat la 90° față de planul curburii, în scopul de a schimba direcția găurii de sondă, a fost nereușită. Imediat ce s-a reluat forajul după orientarea carcasei excentrice 98 și, în unele situații, chiar înainte de reluarea forajului, carcasa excentrică 98 s-a rotit, astfel încât, articulația s-a amplasat pe exteriorul curbei. Această rotire se pare că a fost determinată de combinația dintre forța gravitațională și forța de încovoiere care dau naștere la un moment, fig.5A și 5B, care face carcasa excentrică

RO 115746 Bl să fie instabilă când a fost orientată la dreapta sau la stânga. Deși forțele de contact 815 sunt reduse când în gaură nu există curbură, forțele gravitaționale care acționează asupra ansamblului par a fi suficiente pentru a împiedica uneori menținerea orientării dorite a carcasei excentrice 98.

Forțele de încovoiere și gravitaționale pot fi reduse adăugând ansamblului pentru foraj curbat un al doilea cuplaj flexibil sau sferic, un element de distanțare între cele două 82D cuplaje și un stabilizator. Acest lucru este prezentat în fig.7. Atât forțele de încovoiere, cât și forțele gravitaționale din prăjinile de deasupra cuplajului sunt suportate de un stabilizator 58. Astfel, ele nu formează un moment pentru a roti carcasa excentrică 98. Forța gravitațională provenită de la componentele ansamblului de sub cuplaj vor fi suportate pe carcasa excentrică 98. Niște lame 51 ascuțite, aliniate axial și apăsate cu 825 arc de laturile carcasei excentrice 98, ajută și ele la menținerea orientării acestuia.

între cele două cuplaje flexibile 286 și 286' se fixează un element distanțier 278' a cărui lungime se determină ținând seama de gradul de excentricitate a carcasei excentrice 98. De exemplu, lungimea elementului distanțier 278' a fost aleasă astfel încât flexiunea maximă la cuplaj să fie de circa 1°. înclinarea elementului distanțier 278' asi- 830 gură un avantaj suplimentar, prin faptul că forța greutății pe sapă face ca o componentă radială să fie orientată către partea posterioară a carcasei excentrice 98. Aceasta tinde să-l mențină pe loc. Acest efect poate fi amplificat prin încorporarea unor muchii ascuțite, orientate axial, pe partea inferioară a carcasei excentrice 98.

Când se folosesc ansambluri de foraj curbat, similare celor prezentate în fig.1 și 835 2, se constată uneori o rezistență considerabilă la scoaterea ansamblului pentru foraj curbat 20 din gaură. Se crede că acest fapt este cauzat de tragerea carcasei excentrice 98, fără a se roti, prin zone permeabile care au un strat de colmatare mai gros. Adăugarea unui stabilizator 58 rotativ la o distanță scurtă deasupra carcasei excentrice 98 asigură un mijloc pentru îndepărtarea acestui strat de colmatare când coloana de foraj 840 se rotește. Rezistența poate fi și mai mult redusă prin circularea unui fluid de foraj și rotirea coloanei de foraj dincolo de orice zone permeabile care pot avea depozite groase ale unui strat de colmatare.

încercările efectuate cu garnituri de foraj curbat, cu rază scurtă, de 3-15/16 țoii și cu o garnitură de foraj, cu rază lungă, de 8-1 /2 țoii, similare celor prezentate în fig. 1A 845 și 1B, au arătat că, este foarte avantajos să se preîntâmpine turbionarea sapei, când se forează o gaură de sondă cu curbură controlată. Aceasta formează obiectul brevetului de invenției US 5213168. Aceste încercări au arătat, de asemenea, că sapa de foraj din fig.3 și 4 reduce tracțiunea când ansamblul de foraj este tras din gaura de sondă. Ar fi avantajos dacă cel puțin unele dintre avantajele unei sape de foraj antiturbion sau 850 ale unei sape cu două centre ar putea fi obținute când se folosește o sapă de foraj clasică, atât cea cu role, cât și sapa dreapta într-un ansamblu de foraj curbat.

O modalitate de a face acest lucru este aceea de a folosi o sapă de foraj, clasică, în combinație cu un manșon de reducție cu lărgitor, de exemplu un lărgitor cu role sau cu diamant policristalin amplasat deasupra sapei de foraj. în fig.5 și 6 se prezintă un 855 asemenea dispozitiv. O mufă de reducție 60 cu lărgitor, de exemplu, un lărgitor cu role sau cu diamant policristalin, este amplasat deasupra unei sape de foraj 22' clasice. Această combinație asigură simultan avantajele lărgirii unei găuri bicentrate și ale stabilității de prevenire a turbionării. Sapa de foraj 22', rotativă, din această reprezentare, are o porțiune de bază 36, care este dispusă în jurul axei de foraj 31 lungitudinale a 860 sapei de foraj 22” pentru legare la extremitatea inferioară a mijlocului de ghidare 34, prin niște distanțiere 70 și 72, o porțiune de calibrare 40, o porțiune frontală 42 și

RO 115746 Bl elemente de tăiere 44 dispuse pe porțiunea frontală. Elementele de tăiere 44 pot produce o forță laterală pe sapa de foraj 22' ca rezultat al rotirii acesteia în gaura de sondă. Totuși, în cazul unei sape de foraj 22’ clasice, această forță este mică. Pe un corp 62 al mufei de reducție 60 cu lărgitor se prevede un element de reacție 64 și un element de lărgire 66.

Elementul de lărgire 66 este amplasat deasupra elementului de reacție 64. Elementul de lărgire 66 lărgește prin răzuire sau deschide gaura tăiată de către sapa de foraj 22’. Elementul de lărgire 66 se extinde radial, în raport cu axa de foraj 31 și la o distanță axială, prestabilită, deasupra elementelor de tăiere 44. Elementul de lărgire 66 este amplasat cu un avans unghiular față de elementul de reacție 64 cu valoarea maximă de 180°. Elementul de lărgire 66 vine în contact cu peretele găurii de sondă și produce o forță laterală pe gaura de sondă.

Preferabil, elementul de lărgire 66 produce o forță laterală care este mai mare decât orice forță comparabilă produsă de către sapa de foraj 22’, adică forța laterală, netă, este amplasată ca și cum ar proveni numai de la elementul de lărgire 66.

Elementul de reacție 64 este amplasat deasupra porțiunii laterale 40 a sapei de foraj 22'. Elementul de reacție 64, aflat în contact efectiv continuu cu peretele 28 al găurii de sondă în timpul forajului, primește o forță de reacțiune F_R care provine de la gaura de sondă și care apare ca rezultat al forței laterale F_L nete determinată de elementul de lărgire 66 și de sapa de foraj 22'. Elementul de reacțiune 64 se extinde de la axa de foraj 31 longitudinală a sapei pe o distanță care nu este mai mare decât gaura tăiată de către elementele tăietoare 44. Forța de reacțiune F_R și forța laterală F_Lformează un moment la partea de jos căruia i se opune un moment de la partea de sus, având o componentă de forță care este orientată către cuplajul flexibil 286. Elementul de reacție 64 poate fi constituit dintr-un element netăietor, glisant sau rostologitor.

Preferabil, elementul de lărgire 66 este amplasat relativ aproape de sapa de foraj 22', comparativ cu distanța de la sapa de foraj până la cuplajul flexibil 286, astfel încât, mărimea momentului de la partea de jos și mărimea momentului de la partea de sus sunt mai mici decât mărimea momentului de la partea de jos care ar rezulta dacă elementul de lărgire 66 ar fi amplasat la o distanță axială mai mare de sapa de foraj 22”. Cu alte cuvinte, momentul de la partea de sus și momentul de la partea de jos sunt mai mici decât cele care ar rezulta dacă elementul de lărgire 66 ar fi amplasat mai departe de sapa de foraj 22”. Preferabil, elementul de lărgire 66 este amplasat, în avans față de elementul de reacțiune 64 cu minimum 60°,fig.6.

După cum se poate vedea în fig.6, elementul de lărgire 66 cuprinde un braț 67, dispus radial, și niște elemente tăietoare 68. După cum se arată în fig.6, elementul de reacție 64 poate fi constituit din alte două elemente de reacțiune 64a și 64b, reprezentante cu linie întreruptă, care pot fi, preferabile, la unele construcții. în condiții de exploatare, mufa de reducție 60 cu lărgitor execută o mică lărgire a găurii pentru a asigura un joc necesar la extragerea sculei din gaura de sondă. Ea asigură, de asemenea, forța radială pentru antrenarea sculei împotriva elementului de reacție 64, “cu frecare redusă”, pentru a minimiza turbionul sapei.

Din descrierea de mai sus se poate observa că pentru soluția prezentată pot fi evidente numeroase variante, alternative și modificări în limitele conceptului inventiv și, în consecință, descrierea trebuie privită ca fiind numai ilustrativă. De exemplu, sapa de foraj din fig.5 și 7 poate fi o sapă de foraj cu con și rolă. în plus, este posibil ca unele sape clasice cu elemente din material cu diamant policristalin să aibă un mijloc de

RO 115746 Bl reazem care, în sine, ar putea funcționa ca elementul de reacție cu frecare redusă 910 pentru ansamblul prezentat în fig. 1,5 și 7, evitând prin aceasta nevoia unui element de reacție separat pe mufa de reducție cu element de lărgire.

Claims

Revendicări

915

1. Ansamblu pentru foraj curbat, care poate fi pus în legătură cu o coloană de foraj rotativă, pentru forarea unei găuri de sondă în subteran, definită de un fund, un perete, o rază interioară și o rază exterioară, ansamblu care are în componență un mijloc de ghidare pe curbă, care se leagă la o coloană de foraj pentru a ghida coloana de foraj pe traseul curbat, un cuplaj flexibil care este purtat de către mijlocul de ghidare pe 920 curbă și o sapă de foraj, rotativă, sapă care cuprinde o porțiune de bază, dispusă în jurul unei axe longitudinale a sapei, pentru legare la extremitatea inferioară a coloanei de foraj, o porțiune laterală care este dispusă în jurul axei longitudinale a sapei, se extinde din porțiunea de bază și are o extremitate superioară și o extremitate inferioară, o porțiune frontală dispusă în jurul axei longitudinale a sapei și extinzându-se din porțiunea laterală, 925 și o serie de elemente tăietoare care dau naștere unei forțe laterale pe sapa de foraj, la extremitatea ei inferioară, ca urmare a rotației sapei în gaura de sondă, caracterizat prin aceea că, cuprinde un mijloc de reazem (48) purtat de către porțiunea laterală (40) a sapei de foraj (22), pentru a veni efectiv continuu în contact cu peretele (28) găurii de sondă (26), în timpul forajului, și pentru a prelua o forță de reacțiune (F_R) ce 930 provine de la gaura de sondă (26) ca răspuns la o forță laterală (FJ de pe sapa de foraj (22) și care este orientată către o amplasare adiacentă la extremitatea superioară a porțiunii laterale (40) a sapei de foraj (22), unde forța de reacțiune (F_B) și forța laterală (FJ formează un moment la partea inferioară, care este situat în jurul sapei de foraj (22) și căruia i se opune un moment la partea superioară, având o componentă de forță 935 orientată spre cuplajul flexibil (186), unde extremitatea superioară a mijlocului de reazem (48) este amplsată la o distanță prestabilită față de fața frontală (42) a sapei de foraj (22) astfel încât, mărimea momentului menționat, de la partea inferioară și mărimea momentului menționat de la partea superioară sunt mai mici decât mărimea momentului de la partea inferioară și mărimea momentului de la partea superioară, care ar fi rezultat 940 dacă extremitatea superioară a mijlocului de reazem (48) ar fi amplasată la o distanță axială mai mare decât distanța axială, prestabilită, menționată.
2. Ansamblu pentru foraj curbat, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că, cuplajul flexibil (186) este amplasat la o distanță axială (L) fixă de la fața frontală (42) a sapei de foraj (22). 945
3. Ansamblu pentru foraj curbat, conform reveneicării 1, caracterizat prin aceea că, cuprinde cel puțin un element tăietor (44), amplasat adiacent la porțiunea de bază (36) a sapei de foraj (22), la o distanță radială față de axa de foraj (31) mai mare decât a tuturor celorlalte elemente tăietoare (44).
4. Ansamblu pentru foraj curbat, conform revendicării 3, caracterizat prin 950 aceea că, cel puțin un element tăietor (44) este amplasat la o distanță radială față de axa de foraj (31) a sapei de foraj (22), care este mai mare decât cea a absolut tuturor elementelor tăietoare (44) care sunt purtate pe porțiunea frontală (42) a sapei de foraj (22).
5. Ansamblu pentru foraj curbat, conform revendicării 1, caracterizat prin 955 aceea că, elementele tăietoare (44) cuprind un prim set de elemente tăietoare (44),

RO 115746 Bl amplasat adiacent la extremitatea inferioară a porțiunii laterale (40) a sapei de foraj (22), și un al doilea set de elemente tăietoare (44), care este amplasat adiacent la extremitatea superioară a porțiunii laterale (40) a sapei de foraj (22) și unde primul set de elemente tăietoare (44) este amplsat la o distanță radială față de axa de foraj (31) a sapei de foraj (22), care este mai mică decât distanța radială la care cel de-al doilea set de elemente tăietoare (44) este amplasat față de axa de foraj (31), a sapei de foraj (22).
6. Ansamblu pentru foraj curbat, conform revendicării 5, caracterizat prin aceea că, numărul de elemente tăietoare (44) din cel de-al doilea set menționat de elemente tăietoare (44) este mai mic decât numărul de elemente tăietoare (44) din primul set menționat de elemente tăietoare (44).
7. Ansamblu pentru foraj curbat, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că, distanța axială prestabilită reprezintă de două până la cinci ori distanța dintre fața frontală (42) a sapei de foraj (22) și mijlocul de reazem (48).
8. Ansamblu pentru foraj curbat, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că, sapa de foraj (22) este o sapă de foraj antiturbion, iar mijlocul de reazem (48) este amplasat în regiunea lipsită de elemente tăietoare (44) a sapei de foraj (22) antiturbion, menționate.
9. Ansamblu pentru foraj curbat, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că sapa de foraj (22) este legată de cuplajul flexibil (186) printr-un tronson (84) de țeavă.
10. Ansamblu pentru foraj curbat, conform revendicării 1, ce cuprinde o sapă care are o porțiune de bază dispusă în jurul unei axe de foraj pentru legare la o coloană de foraj cu cuplaj flexibil, o porțiune mijlocie care este dispusă în jurul axei de foraj menționate, o porțiune frontală dispusă în jurul axei de foraj menționate și un prim set de elemente tăietoare care este purtat de către porțiunea frontală menționată a sapei de foraj, la o primă distanța prestabilită față de axa de foraj, caracterizată prin aceea că, sapa de foraj (22) amintită cuprinde un al doilea set de elemente tăietoare (44), care este purtat de către porțiunea mijlocie a sapei de foraj (21) la primă distanță radială prestabilită față de primul set de elemente tăietoare (44) și la o a doua distanță radială față de axa de foraj (31), unde cea de-a doua distanță radială menționată este mai mare decât prima distanță radială, toate aceste elemente tăietoare (44) producând o forță laterală (FJ pe sapa de foraj (22), la extremitatea ei inferioară, ca urmare a rotirii acesteia în gaura de sondă (26), și un mijloc de reazem (48), amplasat pe porțiunea mijlocie a sapei de foraj (22), între primul set de elemente tăietoare (44) și cel de-a doilea set menționat de elemente tăietoare (44), pentru a veni, efectiv continuu, în contact cu peretele (28) găurii de sondă (26), în timpul forajului, pentru a primi o forță de reacțiune (F_B) care provine de la gaura de sondă (26), ca răspuns la forța laterală (ț ) menționată, și care este orientată către o amplasare adiacentă la extremitatea superioară a porțiunii mijlocii a sapei de foraj (22), forța de reacțiune (F_n) și forța laterală (FJ formând un moment la partea inferioară, care este situat în jurul porțiunii frontale (42) a sapei de foraj (22) și căruia i se opune un moment la partea superioară având o componentă de forță care este orientată spre cuplajul flexibil (186), unde distanța dintre primul set de elemente tăietoare (44) și cel de-a doilea set de elemente tăietoare (44), transversală pe mijlocul de reazem (48), este suficient de mică, astfel încât mărimea momentului de la partea inferioară și mărimea momentului de la partea superioară, menționate, sunt mai mici decât mărimea momentului de la partea superioară care ar

RO 115746 Bl fi rezultat dacă primul set de elemente tăietoare (44) și cel de-al doilea set de elemente tăietoare (44) ar fi separate axial la o distanță care este mai mare decât acea distanță, prestabilită, menționată.
11. Ansamblu pentru foraj curbat, într-o variantă, care poate fi legat la o coloană de foraj, rotativă, pentru forarea unei găuri de sondă în subteran, și cuprinde un mijloc de ghidaj pe curbă care poate fi racordat la o coloană de foraj pentru devierea coloanei de foraj către raza exterioară a găurii de sondă curbate, un cuplaj flexibil amplasat să lege extremitățile coloanei de foraj și o sapă de foraj care prezintă o porțiune de bază dispusă în jurul unei axe longitudinale pentru legare cu extremitatea inferioară a coloanei de foraj rotativ și care are o multitudine de elemente de tăiere, caracterizat prin aceea că, prezintă la partea superioară a sapei de foraj (22) un element de lărgire (66) purtat de coloana de foraj și care are rolul de a lărgi prin răzuire gaura tăiată de către sapa de foraj (22), venind în contact cu pereții găurii de sondă, respectivul element de lărgire (66) extinzându-se în raport cu axa de foraj (31), la o distanță axială prestabilită, deasupra elementelor de tăiere (44) ale sapei de foraj (22), elementul de lărgire (66) producând o forță laterală (FJ ca urmare a contactului acestuia cu pereții (28) găurii de sondă (26), și între sapa de foraj (22) și elementul de lărgire (66) menționat este amplasat un element de reacțiune (64) purtat de către coloana de foraj și care are rolul de a veni în contact, efectiv continuu, cu peretele (28) găurii de sondă (26), în timpul forajului, pentru a primi o forță de reacțiune (F_R), care provine de la gaura de sondă (26) ca răspuns la forța laterală (FJ menționată, respectivul element de reacțiune (64) extinzându-se față de axa de foraj (31) pe o distanță care nu este mai mare decât gaura tăiată de către sapa de foraj (22), forța de reacțiune (F_R) și forța laterală (F ),_Lmenționate, formând un moment la partea inferioară la care se opune un moment de la partea superioară, având o componentă de forță care este orientată spre cuplajul flexibil (186), respectivul element de lărgire (66) fiind amplasat cu un avans unghiular, față de elementul de reacțiune (64), cu maximum 180°.
12. Ansamblu pentru foraj curbat, conform revendicării 11, caracterizat prin aceea că,elementul de lărgire (66) este amplsat cu avans față de elementul de reacțiune (64) cu minimum 60°.
13. Ansamblu pentru foraj curbat, conform revendicării 11, caracterizat prin aceea că sapa de foraj (22) este o sapă de foraj cu role.
14. Ansamblu pentru foraj curbat, conform revendicării 11, caracterizat prin aceea că, pentru legarea porțiunii de bază (36) a sapei de foraj (22) la extremitatea inferioară a coloanei de foraj, se montează la porțiunea de bază (36) o mufă de reducție (60), care are o extremitate inferioară ce poartă elementul de reacțiune (64) și o extremitate superioară care poartă elementul de lărgire (66), menționate.
15. Ansamblu pentru foraj curbat, conform revendicării 14, caracterizat prin aceea că, forța de reacțiune (F_R) și forța laterală (FJ, menționate, formează un moment la partea inferioară, în jurul mufei de reducție (60), căruia i se opune un moment de la partea superioară având o componentă de forță care este orientată spre cuplajul flexibil (186), elementul de lărgire (66) fiind amplasat la o distanță axială, prestabilită față de elementele de tăiere (44) ale sapei de foraj (22), astfel încât amplasarea mijlocului de lărgire (66) la o distanță axială mai mare determină o creștere a valorii componentei de forță menționate care este orientată spre cuplajul flexibil (186).
16. Ansamblu pentru foraj curbat, conform revendicării 11, caracterizat prin aceea că, cuplajul flexibil (186) are o extremitate purtată de către un mijloc de ghidaj

1005

1010

1015

1020

1025

1030

1035

1040

1045

1050

RO 115746 Bl

1055

1060 de curbă (34).
17. Ansamblu pentru foraj curbat, conform revendicării 11, caracterizat prin aceea că, elementul de reacție (64) menționat poate fi constituit din alte două elemente de reacțiune (64a, 64b), fiecare din aceste elemente de reacție (64a și 64b) venind în contact, efectiv continuu, cu porțiunea de perete (28) a găurii de sondă (26), în timpul forajului, și primind componente ale forței de reacțiune (F_R), menționate.
18. Ansamblu pentru foraj curbat, conform revendicării 11, caracterizat prin aceea că, elementul de reacțiune (64) este ales din grupul care cuprinde o patină glisantă și un element de rulare, netăietor.
19. Ansambu pentru foraj curbat, conform revendicării 11, caracterizat prin aceea că, elementul de lărgire (66) este amplasat în avans față de elementul de reacțiune (64) cu minimum 60°.