BRPI0707813A2 - montagem de furo descendente e montagem de cortador - Google Patents

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BRPI0707813A2
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BRPI0707813-7A
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Daryl Richard Henry Stroud
Robert Donald John Sedgeman
Colin Walker
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Smart Stabilizer Systems Ltd
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Abstract

MONTAGEM DE FURO DESCENDENTE E MONTAGEM DE CORTADOR A presente invenção refere-se a uma montagem de furo descendente e a uma montagem de cortador, e em particular a uma montagem de furo descendente incluindo um aparelho para fragmentar material de grande escala que está presente atrás de uma broca, e uma montagem de cortador para uso em tal montagem de furo descendente. A montagem de furo descendente é adequada para uso em uma coluna de perfuração, a montagem de furo descendente compreendendo uma broca, um componente sensível, e pelo menos um conjunto rotativo de lâminas de cortador localizado entre a broca e o componente sensível.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MONTAGEMDE FURO DESCENDENTE E MONTAGEM DE CORTADOR".
Campo da Invenção
A presente invenção refere-se a uma montagem de furo descen-dente e a uma montagem de cortador, e em particular a uma montagem defuro descendente incluindo um aparelho para fragmentar material de grandeescala que está presente atrás de uma broca, e uma montagem de cortadorpara uso em tal montagem de furo descendente.
Antecedentes da Invenção
Durante as operações de perfuração, e em particular operaçõesde perfuração para reservas de óleo e gás, é freqüentemente necessáriofragmentar material de furo descendente de grande escala que está presen-te atrás da broca. Um exemplo de material de furo descendente de grandeescala são partes de um tampão de bombeamento, tampão deslizante, colarde aterragem, colar de flutuação, sapata de flutuação, etc., que têm sido u-sadas no processo de adicionar cimento em torno de uma coluna de invólu-cro tubular.
Um invólucro será usado, por exemplo, para fornecer suportepara uma seção particular de furo de sondagem, isto é, poderia ser determi-nado que o material que circunda esta seção do furo de sondagem não podesuportar a pressão do fluido de perfuração ou lama que é bombeada dentrodo furo de sondagem. Em tais circunstâncias, é usual perfurar um furo desondagem de diâmetro grande na profundidade em que o invólucro é exigi-do, para remover a coluna de perfuração, para inserir um invólucro tubularque tem um diâmetro ligeiramente menor que o diâmetro do furo de sonda-gem, e bombear um material cementoso dentro do espaço anular entre oinvólucro e a parede de furo de sondagem. A operação de perfuração conti-nua com uma perfuração de diâmetro menor passando através do invólucro.
Não é incomum para um furo de sondagem ser formado por umasérie de seções perfuradas de diâmetro reduzido, com cada seção revestidapor uma coluna de invólucro tubular ou revestimento tubular.
Para impedir o enchimento do invólucro com sujeira e detritosdurante sua inserção dentro do furo de sondagem, sua extremidade de fun-do pode ser encajxada com uma sapata e válvula de flutuação antes da per-furação da seção de furo de sondagem seguinte poder prosseguir. Em adi-ção, o invólucro será tipicamente encaixado com um colar de aterragem parareceber pelo menos dois tampões, o primeiro dos quais precede o cimentona medida em que este é bombeado dentro do invólucro, e o segundo dosquais segue o cimento, os tampões separando o cimento do fluido de perfu-ração dentro do invólucro. Tipicamente, o primeiro tampão conterá uma vál-vula que se abre quando o tampão engata a sapata no fundo do invólucro,permitindo o cimento através do tampão e dentro do volume entre o invólu-cro e o furo de sondagem.
A distância entre os tampões, e o volume de concreto que podeestar contido dentro do invólucro entre os tampões, serão calculados anteci-padamente baseados no volume de cimento exigido para encher o espaçoanular em torno do invólucro.
É também necessário perfurar os tampões e o colar de aterra-gem antes que a operação de perfuração possa continuar.
O furo de sondagem será tipicamente perfurado a uma profundi-dade ligeiramente maior que aquela exigida para o invólucro, de modo que oinvólucro não atinge o fundo do furo de sondagem. Durante o estágio de ci-mentação, é comum que o fundo do furo de sondagem (isto é, aquela regiãoabaixo do fundo do invólucro, e que é freqüentemente referida como o "Bu-raco de rato") seja parcial ou totalmente enchido com cimento e outros detri-tos. O material que está localizado no buraco de rato deve também ser per-furado antes que a operação de perfuração possa continuar.
Os tampões, colar de aterragem, válvulas de flutuação e sapatasão feitos de um material, e o buraco de rato pode conter um material, dife-rente daquele através do qual o furo de sondagem está sendo perfurado. Abroca é adequada para perfurar um material particular tal como rocha, e namedida em que é possível encaixar uma broca especializada, com o únicopropósito de fragmentar os tampões, o colar de aterragem, as válvulas deflutuação, a sapata e o material dentro do buraco de rato, isto usualmentenão é econômico, na medida em que pode, por exemplo levar até 1-2 diaspara passar a broca especializada até uma profundidade de sapata de invó-lucro típica, perfurar os tampões, colar de aterragem, válvulas de flutuação,sapata e buraco de rato, retornar a broca especializada para a superfície, eentão introduzir a broca regular. Com o custo de uso de 1 dia de um apare-lhamento de perfuração estando tipicamente em centenas de milhares dedólares US, é preferível evitar percursos desnecessários para cima e parabaixo do furo de sondagem. Conseqüentemente, uma broca especializadanão é freqüentemente usada, e em vez disto uma broca e montagem de per-furação que são adequadas para a rocha circundante ou terra, são usadaspara penetrar os tampões, colar de aterragem, válvulas de flutuação, sapatae conteúdos do buraco de rato antes que possam continuar a perfurar dentroda rocha ou terra.
Sabe-se que fazer os tampões de um material friável, isto é ummaterial que é suscetível à perfuração por broca regular, e que é desenhadopara fragmentar peças de pequena escala quando perfurado. No entanto,tais tampões não estão em uso universal, e muitas aplicações utilizam tam-pões feitos de uma combinação de alumínio e borracha. É uma desvanta-gem amplamente reconhecida com tampões deste tipo que a broca nãofragmentará estes materiais de modo muito eficiente, com a maleabilidadedo alumínio, e a resiliência da borracha, permitindo que estes materiais per-maneçam como materiais de grande escala na forma de fitas, partículas oufragmentos na medida em que passam a broca.
A existência de grandes fitas, partículas ou fragmentos de alu-mínio, borracha e similar, pode causar dano significante a outros componen-tes da montagem de furo descendente. Por exemplo, a montagem de furodescendente poderia incluir um componente de direção tal como aqueledescrito no pedido de patente publicado EP-A-1024245, e enquanto estecomponente de direção (e outros conjuntos de componentes de furo des-cendente) é adaptado às condições de furo descendente incluindo fluidos deperfuração e produziu cortes dè perfuração, os cortes de perfuração são u-sualmente partículas de tamanho pequeno, e o componente pode não sercapaz de funcionar na presença de materiais de grande escala.
Especificamente, as tiras, partículas grandes e/ou fragmentos dealumínio, borracha e similar, podem sujar partes do componente de direção(por exemplo, se tornar emperrado ou preso contra o componente) e causardano mecânico, e/ou podem causar obstrução, isto é bloquear a passagemdo fluido de perfuração em torno do componente de direção.
O bloqueio de fluido de perfuração, mesmo por um período detempo muito curto, pode resultar em uma queda de pressão muito grande(talvez acima de 33 χ 106 Pa (aproximadamente 5.000 psi)) através do com-ponente de direção, que pode levar à falha das vedações e o ingresso sub-seqüente de fluido de perfuração, por exemplo.Sumário da Invenção
Os inventores realizaram que é exigido um aparelho para frag-mentar o material de grande escala de modo que a probabilidade do materialdanificar os componentes de furo descendente, ou bloquear a passagem defluido de perfuração, é reduzida ou evitada.
De acordo com a invenção portanto, é fornecida uma montagemde furo descendente compreendendo uma broca, um componente sensível,e pelo menos um conjunto rotativo de lâminas de cortador localizadas entrea broca e o componente sensível.
As lâminas de cortador são adaptadas para cortar, triturar ou deoutro modo fragmentar o material de grande escala antes que atinja o com-ponente sensível. O componente sensível é a parte da montagem de furodescendente que se deseja proteger do material de grande escala. Na maio-ria das montagens de furo descendente o componente sensível será umcomponente de direção.
Referência aqui ao conjunto de lâminas de cortador e outroscomponentes sendo "rotativos" inclui a rotação relativa à coluna de perfura-ção e/ou rotação com relação ao furo de sondagem. Se o conjunto de lâmi-nas de cortador e outros componentes podem rodar com relação à coluna deperfuração e/ou ao furo de sondagem, se tornará claro em relação a cadauma das modalidades.De preferência, as lâminas de cortador rodam independente-mente da coluna de perfuração. Tal rotação independente, permite que aslâminas de cortador rodem com a coluna de perfuração em certas circuns-tâncias, e rodem com a coluna de perfuração em outras circunstâncias. Al-ternativamente, as lâminas de cortador rodam diretamente com a coluna deperfuração, ou dependente da coluna de perfuração.
As lâminas de cortador que rodam com relação a outras partesda montagem de furo descendente e/ou com relação ao furo de sondagemsão capazes de cortar ou fragmentar o material de grande escala pressio- nando ou triturando o material de grande escala contra a parede do furo desondagem e outras partes da montagem de furo descendente, por exemplo.
Porque as lâminas de cortador estão localizadas entre a broca eo componente sensível, não são exigidas durante as operações de perfura-ção normais, e em particular, não precisam ser desenhadas para cortar oufragmentar a rocha ou similar. Em vez disto, podem ser desenhadas paramaximizar sua eficiência cortando e/ou fragmentando o material de grandeescala que se espera encontrar, por exemplo, alumínio e/ou borracha quesão usados nos tampões de invólucro, o material da sapata de invólucro,e/ou o material que é provavelmente encontrado no buraco de rato.
É particularmente desejável que as lâminas de cortador sejamconfiguradas como uma obstrução maior para a passagem de material degrande escala que o componente sensível, de modo que se o material é ca-paz de passar pelas lâminas de cortador é também capaz de passar o com-ponente sensível.
Mesmo se o material de grande escala bloqueia temporariamen-te a passagem de fluido de perfuração nas lâminas de cortador, e causauma grande queda de pressão através das lâminas de cortador, é estipuladoque esta não causará dano às lâminas na medida em que podem ser dese-nhadas para serem bastante insensíveis à pressão. Em qualquer caso, aqueda de pressão através das lâminas de cortador evitará ou reduzirá a pro-babilidade de uma grande e danosa queda de pressão através do compo-nente sensível.De preferência, as lâminas de cortador são montadas em umaluva anular que por sua vez é montada em mancais. Desta maneira, a luvaanular e as lâminas de cortador podem rodar independentemente do restan-te da coluna de perfuração. Em operações de perfuração normais, o fluidode perfuração e os cortes de perfuração produzidos podem passar as lâmi-nas de cortador sem impedimento significante. Nestas circunstâncias, a luvaanular e as lâminas de cortador rodam tipicamente com a coluna de perfura-ção, isto é a despeito da presença de mancais, a fricção entre a coluna deperfuração rotativa e a luva anular é provável ser maior que a resistência àrotação da luva anular e lâminas de cortador. No entanto, quando o materialde grande escala é exigido passar, as lâminas de cortador tipicamente setornarão mais lentas ou pararão de rodar completamente, e capturarão omaterial de grande escala. Uma vez capturado, o material de grande escalaserá fragmentado ou triturado pela interação entre as partes rotativas damontagem de furo descendente (que são de preferência tornadas ásperasou de outro modo abrasivas ou são adaptadas pára cortar o material) e lâmi-nas de cortador não rotativas (rodando de modo mais lento).
De preferência, as lâminas de cortador são parte de uma monta-gem de cortador que está localizada na montagem de furo descendente, amontagem de cortador tendo uma passagem interna para a passagem defluido de perfuração para a broca, e um conjunto de passagens externas pa-ra o retorno de fluido de perfuração e cortes de perfuração na superfície.
A montagem de cortador pode incluir uma parte adicional queroda a uma taxa diferente das lâminas de cortador, as lâminas de cortadorsendo localizadas adjacentes à parte adicional. A ação das lâminas de cor-tador rodando adjacentes à parte adicional, fará as lâminas de cortador atua-rem como uma série de tesouras adaptadas para cortar o material de grandeescala. Conseqüentemente, pode ser estipulado que as lâminas de cortadoratuam para cortar o material de grande escala em peças menores. Alternati-vãmente (ou adicionalmente), as lâminas de cortador podem se tornar abra-sivas de modo que atuam para triturar o material de grande escala em peçasmenores, talvez enquanto o material de grande escala é capturado contra aparede de furo de sondagem ou outra parte da montagem de furo descen-dente. As peças menores devem ser pequenas o suficiente para passar ocomponente sensível com os cortes de perfuração. Assim, a despeito deusar o termo geral "lâminas de cortador", é reconhecido que em algumasmodalidades as lâminas não cortam como tesouras, mas em vez disto atuampara triturar o material de grande escala, ou meramente capturar e reter omaterial que é de outro modo triturado ou fragmentado.
A montagem de cortador pode estar localizada em um alojamen-to estabilizador.
Se existem dois ou mais conjuntos de lâminas de cortador, éestipulado que elas estão fora de registro, isto é os espaços entre as lâminasde cortador em um conjunto estão fora de alinhamento com os espaços en-tre as lâminas de cortador em outro conjunto(s).
Desejavelmente, a montagem de cortador também inclui engre-nagem para lâminas de cortador, de modo que as lâminas de cortador sãoacionadas para rodar a uma taxa diferente de outras partes da montagem decortador. As lâminas de cortador podem rodar com o restante da montagemde cortador (e coluna de perfuração) quando existe pouca ou nenhuma re-sistência à rotação das lâminas de cortador, e podem rodar na taxa diferenteescolhida quando existe resistência à rotação.
Breve Descrição dos Desenhos
A invenção será descrita, por meio de exemplo, com referênciaaos desenhos anexos, em que:
a figura 1 mostra uma vista lateral esquemática de uma monta-gem de perfuração de furo descendente de acordo com a presente invenção;
a figura 2a mostra uma vista lateral de um estabilizador incorpo-rando uma primeira modalidade da montagem de cortador de acordo com apresente invenção;
a figura 2b mostra uma vista terminal do estabilizador da figura 2a;
a figura 2c mostra uma vista em seção através do estabilizadorda figura 2a;a figura 2d mostra uma vista aumentada da parte do estabiliza-dor dentro da caixa tracejada da figura 2c;
a figura 3a mostra uma vista lateral de um estabilizador incorpo-rando uma segunda modalidade da montagem de cortador;
a figura 3b mostra uma vista terminal do estabilizador da figura3a;
a figura 3c mostra uma vista em seção através do estabilizadorda figura 3a;
a figura 3d mostra uma vista aumentada da parte do estabiliza-dor dentro da caixa tracejada da figura 3c;
a figura 4a mostra uma vista lateral de um estabilizador incorpo-rando uma terceira modalidade da montagem de cortador;
a figura 4b mostra uma vista terminal do estabilizador da figura4a;
a figura 4c mostra uma vista em seção através do estabilizadorda figura 4a; e
a figura 4d mostra uma vista aumentada da parte do estabiliza-dor dentro da caixa tracejada da figura 4c.
Descrição Detalhada
A montagem de furo descendente 10 mostrado esquematica-mente na figura 1 compreende uma broca 12, um estabilizador de perto dabroca 14, um estabilizador pivô 16, e um componente de direção 20. O com-ponente de direção 20 é conectado na extremidade de fundo de uma colunade perfuração 22, a extremidade de topo da qual é conectada a um apare-lhamento de perfuração ou similar na superfície (não vista).
Será entendido que em comum com as montagens de furo des-cendente da técnica anterior, a coluna de perfuração 22, o componente dedireção 20, e os estabilizadores 16 e 14, são ocos de modo a fornecer umapassagem para a transmissão de fluido de perfuração ou lama para a broca12. Em adição, estes componentes não enchem o furo de sondagem perfu-rado, mas em vez disto permitem a passagem do fluido de perfuração e per-furam cortes de volta para a superfície em torno do exterior destes compo-nentes (ou através de canais nas superfícies externas destes componentes).
Será entendido também que o estabilizador perto da broca 14serve para centralizar a broca 12 dentro do furo de sondagem, e pode tam-bém servir parà alargar o furo de sondagem para assegurar que está maisperto do diâmetro designado. O estabilizador perto da broca é opcional enão é exigido para todas as brocas, e em particular não é uma parte da pre-sente invenção.
Na montagem de furo descendente 10, o componente de direção20 é o componente sensível que é desejado ser protegido do material degrande escala que está presente atrás da broca.
Em uma montagem de furo descendente convencional contendosomente aqueles componentes 12, 14, 16 e 20 descritos anteriormente, abroca 12 será desenhada para cortar rocha ou outro material através do qualo furo de sondagem está sendo perfurado, a broca sendo desenhada paracortar ou triturar a rocha em partículas de pequena escala que se tornarãoarrastadas no fluido de perfuração e são carregadas para a superfície emtorno dos estabilizadores 14, 16 e o componente de direção 20.
Quando a broca 12 encontra outros materiais tais como os tam-pões de invólucro, a sapata de invólucro, e o material no buraco de rato, noentanto, a broca não é desenhada para aqueles materiais diferentes, e éconhecida para partículas de grande escala de alumínio e borracha por e-xemplo para passar a broca 12, estabilizadores 14, 16 e sujar o componentede direção 20. Especificamente, os canais (não mostrados) que são forneci-dos em torno do componente de direção 20, e através dos quais a lama deperfuração e os cortes de perfuração podem passar para a superfície, nãopodem sempre acomodar o material de grande escala, os canais se tornarãoparcial ou completamente bloqueados pelo material de grande escala (quepode ser um material de vedação bastante eficaz tal como borracha por e-xemplo).
A complexidade mecânica dos componentes que são usados emmontagens de furo descendente está em geral aumentando, e na medida emque os componentes se tornam mais complexos, usualmente também setornam mais sensíveis a condições adversas. Os componentes de direçãoque podem acionar a broca para sé mover em uma direção escolhida sãoparticularmente complexos e sensíveis, e uma queda de pressão de aproxi-madamente 33 χ 106 Pa (5.000 psi) através do componente de direção, quepode ocorrer se os canais se tornam bloqueados, causará dano mecânico namaioria dos componentes de direção.
Para evitar ou reduzir a probabilidade de material de grande es-cala encontrar o componente de direção 20, na modalidade da figura 1, umprimeiro conjunto de lâminas de cortador 24 está localizado na frente do es-tabilizador pivô 16 (isto é entre a broca 12 e o estabilizador pivô 16) e umsegundo conjunto de lâminas de cortador 26 está localizado atrás do estabi-lizador pivô 16 (isto é entre o estabilizador pivô 16 e o componente de dire-ção 20).
As lâminas de cortador em todas as modalidades são configura-das para serem particularmente adequadas para cortar e/ou fragmentar e/outriturar o material de grande escala previsto serem encontrados. Por exem-plo, se a montagem de furo descendente 10 deve ser usada em uma opera-ção de perfuração que incluirá um invólucro para a qual os tampões de alu-mínio e borracha devem ser usados, então as lâminas de cortador são confi-guradas para cortar, triturar e/ou fragmentar alumínio e borracha. As lâminasde cortador podem ser feitas de ou revestidas com um material particular-mente abrasivo, e pode ser formatado para empurrar o material de grandeescala contra a parede de furo de sondagem onde pode ser cortado, frag-mentado ou triturado em pequenas partículas. O grau particular de aspereza,e/ou o material abrasivo que é usado, pode ser determinado de acordo comos materiais prováveis de serem encontrados, mas é esperado que o carbo-neto britado em uma matriz seja um material adequado na maioria das apli-cações, e em particular carboneto britado de 3,1 mm HF 1000 (1/8 inch), queé um material abrasivo conhecido usado em aplicações de perfuração.
Nesta modalidade , os conjuntos de lâminas de cortador 24, 26são montados para rodar com a coluna de perfuração 22.
Será entendido que o estabilizador 16 tem um número de ca-nais, através dos quais o fluido de perfuração e os cortes de perfuração po-dem passar. Nesta modalidade, o estabilizador 16 é pretendido para ser nãorotativo. Assim, enquanto toda a coluna de perfuração 22 é rodada a partirda superfície, ò estabilizador é rotativo com relação à coluna de perfuração,e é desenhado para ser substancialmente não rotativo com relação ao furode sondagem, isto é o estabilizador 16 desliza ao longo da superfície do furodireto quando a profundidade de furo de sondagem aumenta.
Na modalidade da figura 1, o estabilizador 16 e os conjuntos delâminas de corte 24, 26 estão todos afunilando para a parede de furo de son-dagem. Em uma modalidade alternativa, as bordas das lâminas de cortadore as bordas do estabilizador são paralelas e têm um espaçamento muito pe-queno entre as mesmas, de modo que as lâminas de cortador e as bordasdos canais no estabilizador fornecem uma série de "tesouras" atuando paracortar o material de grande escala na medida em que os conjuntos de lâmi-nas rodam adjacentes ao estabilizador não rotativo.
Nesta modalidade, o conjunto de lâminas de cortador 24 é umafileira única de lâminas de cortador dispostas em torno do eixo oco central.Em outras modalidades poderiam existir duas ou mais fileiras de lâminas decortador, de espaçamento e dimensões variadas, com cada fileira desviadade sua vizinha(s), como desejado para maximizar o corte, fragmentação etrituração do. material de grande escala.
É desejado em particular que o conjunto(s) de lâminas de corta-dor, e em particular o primeiro conjunto de lâminas de cortador 24, apresentaum obstáculo maior à passagem de material de grande escala que o compo-nente de direção 20. Desta maneira, o conjunto de lâminas de cortador 24fornece a maior restrição à passagem do material de grande escala, e o ma-terial que passa o conjunto de lâminas de cortador 24 deve também passarpelo componente de direção 20. Também, se o material de grande escalanão é imediatamente cortado, fragmentado ou triturado pelo conjunto de lâ-minas de cortador 24, e ocorre uma grande queda de pressão através doconjunto de lâminas de cortador 24, as lâminas de cortador são substanci-almente insensíveis à pressão de modo que o dano mecânico é extrema-mente improvável de ocorrer.
Nas modalidades das figuras 2-4, a montagem de cortador é in-corporada em um componente estabilizador, e para simplicidade somente ocomponente estabilizador 'mostrado. Será entendido que em uma coluna deperfuração típica, o componente estabilizador mostrado é montado entre abroca e um componente sensível tal como um componente de direção, comona figura 1.
Nestas modalidades, o conjunto de lâminas de cortador 124,224, 324 é montado diretamente no estabilizador 116, 216, 316 respectiva-mente, mas em outras modalidades o conjunto(s) de lâminas de cortador eoutras partes da montagem de cortador poderiam ser separados do estabili-zador e montados entre o estabilizador e a broca como são as lâminas decortador 24 da figura 1.
Alternativamente, as lâminas de cortador poderiam ser monta-das entre o estabilizador e o componente sensível, mas isto é menos prefe-rido na medida em que é desejado montar as lâminas de cortador diretamen-te a jusante da broca de modo que qualquer material de grande escala écortado ou triturado antes de passar em qualquer outro conjunto de compo-nentes.
Também nas modalidades das figuras 2-4, o estabilizador é umestabilizador rotativo, em que o estabilizador 116, 216, 316 é desenhadopara rodar com a coluna de perfuração. Estas modalidades poderiam, noentanto, ser usadas com um estabilizador não-rotativo (isto é, um estabiliza-dor que não roda com o restante na coluna de perfuração), ou um estabiliza-dor montado livremente (isto é um estabilizador que pode rodar com a colu-na de perfuração mas que cessará de rodar quando é forçada contra a pare-de de furo de sondagem) quando desejado.
Na modalidade das figuras 2a-d, o conjunto de lâminas de corta-dor 124 é montado em uma luva anular 40 que é montada por meio de man-cais 42 em uma parte do corpo de estabilizador 44. A luva anular 40 é retidapor meio de um colar 46 que é roscado no corpo de estabilizador 44. Comocom os outros componentes da coluna de perfuração, está estipulado que arotação da coluna de perfuração com relação ao furo de sondagem (nãomostrado) atua pára apertar o colar 46 em suas roscas respectivas, de modoque o colar não se torna inadvertidamente afrouxado ou removido durante ouso.
O colar 46 tem uma parte de superfície áspera e/ou abrasiva 52.
O colar 46 retém a luva anular 40 contra um ressalto 54 do esta-bilizador, o ressalto 54 tendo um número de saliências elevadas 56. As su-perfícies do ressalto 54 e das saliências 56 são também ásperas e/ou feitasabrasivas, talvez pelo mesmo material que a parte de superfície 52.
O conjunto de lâminas de cortador 124 compreende um númerode dentes 60 e um número de saliências elevadas 50. Nesta modalidade, osdentes 60 são de forma substancialmente tetraédrica, que apresenta umaponta de corte bem como três bordas de corte. Os dentes 60 são feitos deum material duro, e nesta modalidade são feitos lisos para fornecer bordasde corte. Em modalidades alternativas, algumas ou todas as superfícies daslâminas de cortador podem ser ásperas e/ou abrasivas. Nesta modalidade,as lâminas de cortador são feitas de carboneto e cada lâmina ou dente 60 ésoldada em ponto na luva de aço inoxidável 40. As saliências 50 são de for-ma similar às saliências 56, e as saliências respectivas atuam como tesou-ras quando existe uma rotação relativa entre o conjunto de lâminas de corta-dor 124 e o corpo de estabilizador 44. As saliências 50 também suportamdentes 60, como mostrado.
A montagem da luva 40 é tal que pode rodar de modo substan-cialmente livre no corpo de estabilizador 44. No entanto, em uso normal éesperado que a luva 40 rode substancialmente na mesma taxa que o estabi-lizador 116, isto é, é esperado que a fricção entre a luva 40 e o estabilizador116 será maior que a resistência à rotação da luva. Se ou não a luva 40 rodaem uso normal, não é relevante para a presente invenção, no entanto, desdeque as lâminas de cortador não são fornecidas para operações de perfura-ção normal, mas para aquelas ocasiões quando a broca é feita cortar ostampões de invólucro, por exemplo.
Quando a broca corta os tampões de invólucro e similar, qual-quer material de grande escala que engata as lâminas de cortador 124 fará aluva 40 se tornar mais lenta ou mesmo parar. A configuração de afunilamen-to para fora das lâminas de cortador 124 é tal que elas atuam para forçar omaterial de grande escala contra o furo de sondagem onde pode ser tritura-do ou fragmentado na medida em que a coluna de perfuração continua aavançar ao longo do furo de sondagem. Em adição, o colar 46 e o ressalto54 e as saliências 56 continuam a rodar com a coluna de perfuração, e arotação relativa entre as lâminas de cortador 124 e as superfícies destaspartes, e conseqüentemente a rotação relativa entre o material de grandeescala capturado e uma ou ambas as lâminas de cortador 124 e estas su-perfícies atuará para cortar, fragmentar e/ou triturar o material de grandeescala. Em adição, existe uma ação de cisalhamento entre as saliências ele-vadas 50 e as saliências 56. Conseqüentemente, a superfície 52, a luva 40com seu conjunto de lâminas de cortador 124, e as superfícies do ressalto54 e suas saliências 56, juntos formam uma montagem de cortador para ma-terial de grande escala.
A modalidade das figuras 3a-d é similar àquela das figuras 2a-d,diferindo primariamente na montagem do conjunto de lâminas de cortador224. Nesta modalidade, o conjunto de lâminas de cortador 224 é montadoem uma luva anular 240 que é montada por meio de mancais 242 em umaparte do corpo de estabilizador 244. A luva anular 240 é retida por meio deum acoplamento 246 que é rosqueado no corpo de estabilizador 244.
Em adição, a disposição do conjunto de lâminas de cortador 224difere ligeiramente daquela das lâminas de cortador 124. Na modalidade dasfiguras 3a-d, o conjunto de lâminas de cortador 224 compreende um anel 62de dentes (que podem ser idênticos aos dentes 60 das figuras 2a-d), e umnúmero de saliências elevadas 260 (nas quais são também montados den-tes).
Será entendido que a forma precisa e a disposição das lâminasde cortador, e a forma precisa, o número e disposição de dentes das mes-mas, podem ser variados para se adequar a aplicações particulares, e seadequar a materiais de grande escala que são prováveis de serem encon-trados. Experimentos podem ser necessários para determinar a forma ótima,número e disposição dos conjuntos de lâminas de cortador para uma aplica-ção particular.
Como na modalidade das figuras 2a-d, o número de saliênciaselevadas 260 na luva 240 não corresponde com o número de saliência 256no corpo de estabilizador 244, de modo que as saliências respectivas nãopodem se tornar alinhadas. O desalinhamento entre pelo menos algumasdas saliências respectivas ajudará a assegurar a captura do material degrande escala.
Nas modalidades das figuras 2a-d e 3a-d, os conjuntos das lâ-minas de cortador 124, 224 podem substancialmente mover-se sem esforçocom relação ao restante da coluna de perfuração. Em testes, verificou-seque tais modalidades são particularmente adequadas para cortar e/ou triturarmaterial de grande escala que podem ser encontrados quando se corta tam-pões de invólucro e similares. No entanto, em algumas aplicações pode serdesejado que as lâminas de cortador, e/ou uma parte abrasiva e/ou de cisa-lhamento adjacentes, podem ser acionadas para rodar a uma taxa diferentepara a coluna de perfuração, e tal disposição é mostrada nas figuras 4a-d.
Na modalidade das figuras 4a-d, o conjunto de lâminas de corta-dor 324 é montado em uma luva 340 que é por sua vez montada em man-cais no corpo de estabilizador 344. Adjacente ao conjunto de lâminas de cor-tador 324 é montada outra luva 64 que pode também rodar com relação aocorpo de estabilizador 344. A luva 64 tem uma superfície externa com umasérie de saliências elevadas 66 que atuam juntas com as saliências eleva-das 360 das lâminas de cortador 324 em uma ação de cisalhamento. O nú-mero de saliências 66 não corresponde com o número de saliências 360. Asuperfície da luva 64, e as superfícies das saliências 66, são feitas abrasi-vas.
A luva 64 é montada entra a luva 340 e as saliências 356 docorpo de estabilizador 344. o número de saliências 356 não correspondecom o número de saliências 66.
Abaixo da luva 64, o estabilizador tem uma engrenagem de anel68, os dentes de engrenagem da qual são engatados por um conjunto derodas de engrenagem planetária 70 (somente uma das quais pode ser vistana vista aumentada da figura 4d). As rodas de engrenagem 70 também en-gatam os dentes de engrenagem de uma engrenagem de anel 72 da luva64. Os eixos respectivos 74 para as rodas de engrenagem 70 são montadosem mancais na luva 340.
Em uso ordinário, a luva 340 roda com a coluna de perfuração, edesde que os eixos 74 estão rodando com a luva 340, as rodas de engrena-gem 70 são simplesmente sustentadas em torno com a engrenagem de anele conseqüentemente a luva 64 está igualmente rodando na mesma taxa. Noentanto, quando as lâminas de cortador 324 encontram material de grandeescala, a taxa de rotação da luva 340 reduz. Em tais circunstâncias, os eixos74 rodam a uma taxa diferente da engrenagem de anel 68 e as rodas de en-grenagem 70 são acionadas para rodar pela engrenagem de anel 68, e con-seqüentemente a luva 64 é desse modo acionada para rodar por esta en-grenagem de anel 72.
Será entendido que as lâminas de cortador 324 podem portantorodar a uma taxa diferente para a luva 64 e suas saliências 66, que por suavez roda a uma taxa diferente para o corpo de estabilizador 344 e suas sali-ências 356, as rotações relativas entre as partes respectivas da montagemde cortador melhorando as ações de cisalhamento e trituração.
Ainda assim, as vantagens de tal modalidade como descrito a-cima, a modalidade das figuras 4a-d adicionalmente tem um meio de frena-gem que pode parar a luva 340 de rodar, e desse modo fazer a luva 64 con-tra-rodar. Especificamente, o estabilizador 344 carrega um número de pis-tões de frenagem 80 que são montados em furos respectivos 82. Os furos82 são conectados por passagens internas para furos de entrada 84 quecarregam pistões de vedação respectivos 86.
Será reconhecido que a presença de material de grande escalaque engata as lâminas de cortador 324 causa um acúmulo de pressão den-tro do fluido de perfuração a montante das lâminas de cortador, isto é o flui-do de perfuração fluindo encontra uma trajetória temporariamente restritaalém das lâminas de cortador. Quando tal acúmulo de pressão ocorre, apressão na entrada para os furos de entrada 84 excederá a pressão acimados pistões de frenagem 80, e está estipulado que tal pressão diferencial fazos pistões de vedação 86 serem acionados para dentro ao longo dos furosde entrada 84 e os pistões de frenagem serem acionados para fora contra ofuro de sondagem (não mostrado). O engate dos pistões de frenagem com ofuro de sondagem fará a luva 340 se tornar mais lenta adicionalmente (e e-ventualmente parar). Assim, mesmo se a presença de material de grandeescala não fará a luva 340 parar de rodar, os pistões de frenagem 80 farãoassim enquanto o diferencial de pressão permanece.
Será entendido que se a luva 340 pára de rodar os eixos pararãode rodar, mas o corpo de estabilizador 344 continua a rodar com a coluna deperfuração na qual a engrenagem de anel 68 continua a rodar, acionando asrodas de engrenagem 70 para rodar de modo a acionar a engrenagem deanel 72 e a luva 64 para rodar, na direção oposta (e na mesma taxa de rota-ção que a coluna de perfuração). Em tais circunstâncias, o material de gran-de escala se volta para uma trajetória de fluxo compreendendo uma luvaestacionária 340 e o conjunto estacionário de lâminas de cortador 324, umaluva abrasiva 64 e suas saliências de cisalhamento 66 rodando a uma taxapredeterminada em uma primeira direção, e então uma superfície abrasiva1 do corpo de estabilizador 344 e suas saliências de cisalhamento 356 rodan-do na taxa predeterminada em uma segunda direção oposta à primeira dire-ção.
Quando o material de grande escala foi cortado, fragmentadoe/ou triturado em pequenas peças que podem passar com segurança pelamontagem de cortador (e também o componente sensível a jusante), o dife-rencial de pressão é removido e a pressão relativamente aumentada acimados pistões de frenagem 80, e a pressão relativamente reduzida na entradados furos de entrada 84, farão os pistões de frenagem retrair dentro dos fu-ros 82. A luva 340 pode então reassumir sua rotação com o estabilizador344.
Nesta modalidade, a luva 64 é acionada para rodar a uma taxadiferente para a luva 340 e as lâminas de cortador 324 (e também a umataxa diferente para o restante do estabilizador 344 e coluna de perfuração).No entanto, será entendido que as funções das luvas 340 e 64 poderiamfacilmente ser invertidas, de modo que a luva 64 é, em primeiro lugar, feitoparar de rodar, o que aciona as lâminas de cortador 324 para rodar a umataxa diferente para o estabilizador 344. Alternativamente (ou adicionalmente)as posições das luvas 64 e 340 poderiam ser invertidas se desejado. Alter-nativamente (ou adicionalmente) novamente, a luva 64 poderia carregar umconjunto adicional de lâminas de cortador.

Claims (12)

1. Montagem de furo descendente para uso em uma coluna deperfuração, a montagem de furo descendente compreende uma broca, umcomponente sensível, e pelo menos um conjunto rotativo de lâminas de cor-tador localizado entre a broca e o componente sensível.
2. Montagem de furo descendente, de acordo com a reivindica-ção 1, em que as lâminas de cortador fornecem uma obstrução maior à pas-sagem de material que o componente sensível.
3. Montagem de furo descendente, de acordo com a reivindica-ção 1, em que as lâminas de cortador rodam independentemente da colunade perfuração.
4. Montagem de cortador para uso na montagem de furo des-cendente, de acordo com a reivindicação 1, a montagem de cortador com-preendendo um conjunto rotativo de lâminas de cortador e uma parte adicio-nal que pode rodar a uma taxa diferente para o conjunto de lâminas de cor-tador, as lâminas de cortador sendo localizadas adjacentes à parte adicional.
5. Montagem de cortador, de acordo com a reivindicação 4, emque o conjunto de lâminas de cortador é montado em uma luva, a luva sendomontada em mancais.
6. Montagem de cortador, de acordo com a reivindicação 4, emque a parte adicional é não-rotativa com relação à coluna de perfuração.
7. Montagem de cortador, de acordo com a reivindicação 4, loca-lizada em um alojamento que também suporta um estabilizador.
8. Montagem de cortador, de acordo com a reivindicação 4, emque existem dois ou mais conjuntos de lâminas de cortador, e em que espa-ços entre as lâminas de cortador em um conjunto, estão fora de alinhamentocom espaços entre as lâminas de cortador no outro conjunto(s).
9. Montagem de cortador, de acordo com a reivindicação 8, emque cada conjunto de lâminas de cortador pode rodar com relação ao outroconjunto(s).
10. Montagem de cortador, de acordo com a reivindicação 4,incluindo a engrenagem de modo que o conjunto de lâminas de cortador e aparte adicional podem ser acionados para rodar em taxas diferentes.
11. Montagem de cortador, de acordo com a reivindicação 10,incluindo um mecanismo de frenagem que é engatável com a superfície deum furo de sondagem perfurado em uso, o mecanismo de frenagem sendoadaptado para reduzir a taxa de rotação do conjunto de lâminas de cortador.
12. Montagem de cortador, de acordo com a reivindicação 4, emque a parte adicional tem uma superfície abrasiva.
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