BRPI0718338A2

BRPI0718338A2 - Conjunto de broca de perfuração

Info

Publication number: BRPI0718338A2
Application number: BRPI0718338-0A
Authority: BR
Inventors: Jim Shumway; Paula Turner; David R Hall; David Lundgreen
Original assignee: David R Hall
Priority date: 2006-12-15
Filing date: 2007-12-04
Publication date: 2013-11-19
Also published as: AU2007334141A1; WO2008076625A3; MX2009006368A; CA2672658A1; MY155017A; CN101563520B; AU2007334141B2; NO20092420L; MX338284B; CA2672658C; EP2092153A4; EP2092153A2; CN101563520A; WO2008076625A2

Description

CONJUNTO DE BROCA DE PERFURAÇÃO

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO A presente invenção refere-se a brocas de perfuração, especificamente conjuntos de brocas de perfuração 5- para o uso em perfuração de óleo, gás, geotérmica e horizontal. A capacidade de ajustar com exatidão a direção de perfuração em aplicações de perfuração furo-abaixo é desejável dirigir o furo do poço para alvos específicos. Uma série de sistemas de direcionamento foi planejada para esta finalidade.

Tal sistema é apresentado na patente norte- americana n° . 5.803.185, a qual é aqui incorporada a título de referência por tudo o que contém. Ela apresenta um sistema de perfurando rotativo direcionável com um conjunto inferior 15 de furos que inclui, além da broca de perfuração, uma unidade de impulsão modulada e a uma unidade de controle, em que a unidade de impulsão compreende uma série de acionadores hidráulicos em torno da periferia da unidade, cada um dos quais tem um membro impulsor móvel que é hidraulicamente 20 deslocável para fora para ocorrer o acoplamento com a formação do furo do poço que está sendo perfurado. Cada acionador pode ser conectado, através de uma válvula de controle, a uma fonte do fluido de perfuração sob pressão e a operação da válvula é controlada pela unidade de controle de "25 modo a modular a pressão de fluido fornecida aos acionadores enquanto a unidade de impulsão gira. Se a válvula de controle for operada em sincronismo com a rotação da unidade de impulsão, os membros impulsores aplicam uma impulsão lateral à unidade de impulsão, e desse modo à broca de perfuração,

3 0 para controlar a direção de perfuração.

DESCRIÇÃO RESUMIDA DA INVENÇÃO Em um aspecto da presente invenção, um conjunto de broca de perfuração tem uma parte de corpo intermediária a uma parte de haste e uma parte de trabalho. A parte de trabalho tem pelo menos um elemento de corte, e pelo menos uma parte de um eixo mecânico é disposta dentro da parte de corpo e se projeta da parte de trabalho. 0 eixo mecânico tem 5- uma extremidade distai isolada rotacionalmente da parte de corpo e fica em comunicação com uma formação subterrânea. Um motor é adaptado para controlar rotacionalmente à extremidade distai.

0 motor pode ser um motor elétrico, um motor hidráulico, um motor de deslocamento positivo, ou combinações dos mesmos. O motor elétrico é um motor escalonador, um motor de corrente alternada, um motor universal, um motor de indução de corrente alternada corrente alternada bifásico, um motor síncrono de corrente alternada trifásico, um servomotor de corrente alternada bifásico, um motor de indução de corrente alternada unifásico, um motor síncrono de corrente alternada unifásico, um motor de torque, um motor de ímã permanente ímã, um motor de corrente contínua, um motor de corrente contínua sem escovas, um motor de corrente contínua sem núcleo, um motor linear, um motor de alimentação dupla ou simples, ou combinações dos mesmos. O motor pode alimentado por uma turbina, uma bateria, ou por um sistema de transmissão de energia da superfície ou furo-abaixo.

0 motor pode estar em comunicação com um gerador *25 furo-abaixo. 0 gerador pode ter ímãs feitos de cobalto e samário.

Um conjunto de engrenagens pode ficar intermediário e em comunicação com o eixo mecânico e o motor. O eixo mecânico pode ficar em comunicação com o motor através de um

3 0 segundo conjunto de engrenagens. O segundo conjunto de engrenagens pode ser um sistema de engrenagens planetárias. O segundo conjunto de engrenagens pode ter uma relação de engrenagens de pelo menos 2:1. O eixo mecânico pode se projetar da parte de trabalho de 6 a 20 polegadas. Um sensor disposto dentro do conjunto de broca de perfuração pode medir a orientação do eixo com respeito ao conjunto de broca de perfuração. A 5- extremidade distai pode ser assimétrica.

Um sensor fixado ao conjunto de broca de perfuração pode medir e manter a orientação do conjunto de broca de perfuração com respeito a uma formação subterrânea. O sensor pode ser um giroscópio, um inclinômetro, um magnetômetro, ou 10 combinações dos mesmos. O conjunto de broca de perfuração pode estar em comunicação com um sistema de telemetria furo- abaixo .

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A Figura 1 é um diagrama em seção transversal de uma realização de uma coluna de perfuração suspensa em um furo do furo.

A Figura 2 é um diagrama em seção transversal de uma realização de um conjunto de broca de perfuração.

A Figura 3 é um diagrama em seção transversal de

2 0 uma outra realização de um conjunto de broca de perfuração.

A Figura 4 é um diagrama em seção transversal de uma realização de uma parte de uma coluna de ferramenta.

Figura 5 é um diagrama secional de uma realização de um conjunto de engrenagens em um componente da coluna de *25 ferramenta furo-abaixo.

A Figura 6 é um diagrama esquemático de uma realização de um gerador em comunicação com uma carga.

A Figura 7 é um diagrama esquemático de uma outra realização de um gerador em comunicação com uma carga.

3 0 A Figura 8 é um diagrama em seção transversal de

uma outra realização de uma parte de um conjunto de broca de perfuração.

A Figura 9 é um diagrama secional de uma outra realização de um conjunto de engrenagens em um conjunto de broca de perfuração.

A Figura 10 é um diagrama em seção transversal de uma outra realização de uma coluna de perfuração suspensa em 5- um furo do furo.

A Figura 11 é um diagrama em perspectiva de várias realizações de um equipamento de perfuração.

A Figura 12 é um diagrama em perspectiva de uma realização de uma extremidade distai de um eixo mecânico.

A Figura 13 é um diagrama em perspectiva de uma

outra realização de uma extremidade distai de um eixo mecânico.

A Figura 14 é um diagrama em perspectiva de uma outra realização de uma extremidade distai de um eixo

mecânico.

A Figura 15 é um diagrama em perspectiva de uma outra realização de uma extremidade distai de um eixo mecânico.

A Figura 16 é um diagrama em perspectiva de uma

2 0 outra realização de uma extremidade distai de um eixo

mecânico.

A Figura 17 é um diagrama em perspectiva de uma outra realização de uma extremidade distai de um eixo mecânico.

'25 A Figura 18 é um diagrama em perspectiva de uma

outra realização de uma extremidade distai de um eixo mecânico.

A Figura 19 é um diagrama em perspectiva de uma outra realização de uma extremidade distai de um eixo

3 0 mecânico.

A Figura 2 0 é um diagrama em perspectiva de uma outra realização de uma extremidade distai de um eixo mecânico. A Figura 21 é um diagrama em perspectiva de uma outra realização de uma extremidade distai de um eixo mecânico.

v

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO E DA REALIZAÇÃO PREFERIDA 5- A Figura 1 é uma realização de uma coluna de

perfuração 100 suspensa por um guindaste 101. Um conjunto de furos inferior 102 e/ou conjunto de broca de perfuração 102 fica localizado no fundo de um furo de perfuração 103 e compreende uma broca de perfuração 104 . À medida que a broca de perfuração 104 gira furo-abaixo, a coluna de perfuração 100 avança ainda mais para a terra. A coluna de perfuração pode penetrar em formações subterrâneas moles ou duras 105. 0 conjunto de broca de perfuração pode compreender dispositivos de aquisição de dados que podem recolher dados. Os dados podem ser enviados à superfície através de um sistema de transmissão a um suporte de dados 106. O suporte de dados 106 pode enviar os dados ao equipamento de superfície. Além disso, o equipamento de superfície pode enviar dados e/ou acionar as ferramentas furo-abaixo e/ou o conjunto de broca de perfuração 102.

A Figura 2 apresenta um diagrama em seção transversal do conjunto de broca de perfuração 102. 0 conjunto de broca de perfuração pode compreender uma turbina de lama 201, uma bateria 201 ou um sistema de transmissão de '25 energia da superfície ou furo-abaixo utilizado para alimentar dispositivos de instrumentação eletrônica e ferramentas dispostos no conjunto de broca de perfuração 102. A turbina 201 pode ficar em comunicação com os geradores de energia

2 03, criando uma fonte de alimentação para o conjunto de broca de perfuração 102 e a coluna de perfuração 100. 0 conjunto de broca de perfuração 102 também pode compreender conversores de energia 2 04 para adaptar a saída elétrica da fonte de alimentação 201 a uma fonte de alimentação de corrente alternada.

0 conjunto de broca de perfuração 102 também pode compreender um motor direcionador 2 05 adaptado para controlar rotacionalmente um eixo mecânico 2 02 disposto dentro de uma S parte de corpo 2 09 da broca de perfuração 104 e se projeta de uma parte de trabalho 210 da broca de perfuração 104. 0 eixo mecânico 202 pode se projetar da parte de trabalho 210 de 6 a 20 polegadas. O eixo mecânico 202 pode compreender uma extremidade distai 211 isolada rotacionalmente da parte de 10 corpo 209 e em comunicação com a formação subterrânea 105. O mecânico eixo mecânico 202 e a sua extremidade distai 211 podem ser utilizados para direcionar o conjunto de broca de perfuração 102 e a coluna de perfuração 100 através da formação 105.

O motor 205 pode ser um motor elétrico, um motor

hidráulico, um motor de deslocamento positivo, ou combinações dos mesmos. O motor elétrico pode ser um motor escalonador, um motor de corrente alternada, um motor universal, um motor de indução de corrente alternada trifásico, um motor síncrono 20 de corrente alternada trifásico, um servomotor de corrente alternada bifásico, um motor de indução de corrente alternada unifásico, um motor síncrono de corrente alternada unifásico, um motor de torque, um motor de ímã permanente, um motor de corrente contínua, um motor de corrente contínua sem escovas, '25 um motor de corrente contínua sem núcleo, um motor linear, um motor de alimentação dupla ou simples, ou combinações dos mesmos. 0 conjunto de broca de perfuração 102 pode compreender um controle 204 do motor direcionador adaptado para prover o controle do motor 205. Um sensor pode ser

3 0 disposto dentro do conjunto de broca de perfuração 102 para medir a orientação do eixo mecânico 202 com respeito ao conjunto de broca de perfuração 102.

O conjunto de broca de perfuração também pode compreender um conjunto de engrenagens 2 06 para controlar as rpm do eixo mecânico 202. Os sensores de inclinação e de direção 207 também podem ser dispostos dentro do conjunto de broca de perfuração para detectar e medir a localização do 5· conjunto de broca de perfuração 102 furo-abaixo. Os sensores de direção 207 também podem manter a orientação do conjunto de broca de perfuração com respeito a uma formação subterrânea 105. Os sensores 207 podem ser giroscópios, inclinômotros, magnetômetros, ou combinações dos mesmos. Uma 10 ligação de rede de telemetria 208 também pode ser disposta dentro do conjunto de broca de perfuração 102.

As Figuras 3 e 4 apresentam uma realização alternativa da presente invenção. 0 conjunto de broca de perfuração 102 pode compreender um primeiro rotor 300 disposto dentro de um furo 3 01 do conjunto de broca de perfuração 102 adjacente à broca de perfuração 104, que fica em comunicação com o eixo mecânico 202. O primeiro rotor 300 pode fazer parte da turbina 201, embora o primeiro rotor 3 00 também possa fazer parte de um motor. A turbina 201 compreende preferivelmente três a cinco impulsores 304 fixados no primeiro rotor. Uma pluralidade de aletas de estator 305 adjacentes a cada um dos impulsores 304 pode ser fixada rotacionalmente com respeito ao furo do conjunto 102. Um segundo conjunto de engrenagens 210 conecta o segundo '25 rotor 307 ao primeiro rotor 300. 0 segundo conjunto de engrenagens pode compreender uma relação de engrenagem de pelo menos 2:1. 0 segundo conjunto de engrenagens 210 pode ser adaptado para girar mais rapidamente o segundo rotor 3 07 do que o primeiro rotor 300. Quando o fluido de perfuração passa através da turbina 201 rumo ao furo 301, os impulsores

3 04 giram, girando o segundo conjunto de engrenagens 210 e o primeiro e o segundo rotores. Preferivelmente, o primeiro e o segundo rotores irão girar em velocidades diferentes, e preferivelmente o segundo rotor 307 irá girar de 1,5 a 8 vezes mais rapidamente. As aletas de estator 3 05 na turbina 201 podem ajudar a aumentar a eficiência da turbina 201 ao redirecionar o fluxo do fluido de perfuração ao impedir que o 5· fluido flua em uma trajetória circular abaixo do furo 3 01 da coluna de perfuração 100.

O segundo rotor 3 07 pode fazer parte de um gerador elétrico 308. O gerador elétrico 308 também compreende um estator que circunda o segundo rotor 307. 0 estator pode 10 compreender uma bobina eletricamente condutora com 1 a 50 enrolamentos. Tal gerador 308 que pode ser utilizado é o Astro 4 0 de AstroFlight, Inc. O gerador 3 08 pode compreender tiras magnéticas separadas dispostas ao longo da parte externa do rotor 3 07 que interagem magneticamente com a 15 bobina enquanto gira, produzindo uma corrente na bobina eletricamente condutora. As tiras magnéticas são feitas preferivelmente de cobalto - samário devido às suas elevadas temperaturas de Curie e alta resistência à desmagnetização.

A bobina fica em comunicação com uma carga. Quando a carga é aplicada, energia é extraída do gerador 308, fazendo com que o segundo rotor 307 desacelere a sua rotação, o que desacelera desse modo a rotação da turbina 2 01 e do primeiro rotor 300. Desse modo, a carga pode ser aplicada para controlar a rotação da turbina 2 01 furo-abaixo. Uma vez '25 que o segundo rotor 3 07 gira mais rapidamente do que o primeiro rotor 3 00, ele produz menos torque, por meio de que uma corrente menos elétrica da carga é requerida para desacelerar a sua rotação. Desse modo, o segundo conjunto de engrenagens 210 propicia a vantagem de reduzir os requisitos de potência elétrica para controlar a rotação da turbina 201. Isto é muito benéfico, uma vez que a potência furo-abaixo é um desafio para geração e armazenamento furo-abaixo.

Também pode haver um segundo gerador 4 09 conectado ao primeiro gerador 308 a fim de criar mais corrente ou de auxiliar na rotação do primeiro gerador 308. A carga pode ser um resistor, fios de níquel-cromo, fios enrolados, componentes eletrônicos, ou combinações dos mesmos. A carga 5 pode ser aplicada e desconectada a uma taxa pelo menos tão rápida quanto a velocidade de rotação do segundo rotor 307.

Os geradores elétricos 308, 409 podem ficar em comunicação com a carga como parte dos circuitos elétricos 401. Os circuitos elétricos 401 podem ser dispostos dentro da 10 parede 402 do furo do conjunto de broca de perfuração 102. 0 gerador 308 pode ser conectado aos circuitos elétricos 401 através de um cabo coaxial 403. Os circuitos 401 podem fazer parte de um sistema de circuito fechado. Os circuitos elétricos 4 01 também podem compreender sensores para 15 monitorar vários aspectos da perfuração, tais como a velocidade de rotação ou a orientação do conjunto de broca de perfuração 102 com respeito à formação 105. Os sensores também podem medir a orientação do gerador 3 08 com respeito ao conjunto de broca de perfuração 102.

Os dados coletados destes sensores podem ser

utilizados para ajustar a velocidade de rotação da turbina 201 a fim de controlar o eixo mecânico 202 e a sua extremidade distai 211. A extremidade distai 211 pode compreender uma ponta assimétrica que pode ser utilizada para ’ 25 direcionar a broca de perfuração 104 e, portanto, a coluna de perfuração 101. 0 controle da turbina 201 controla a velocidade e a orientação da extremidade distai 211 e, portanto, a trajetória de perfuração. O eixo mecânico 202 pode ser conectado ao primeiro rotor 300 através do conjunto 30 de engrenagens 206, que pode girar o eixo mecânico 202 na direção oposta enquanto a turbina 2 01 estiver girando. Desse modo, com a ajuda do controle da velocidade de rotação da turbina 201, o eixo mecânico 202 pode ser levado a girar com respeito à coluna de perfuração 100 enquanto fica substancialmente estacionário com respeito à formação 105 que é perfurada e permite que a extremidade distai 211 direcione a coluna de perfuração 100.

· A carga pode ficar em comunicação com um sistema de

telemetria 404 furo-abaixo. Tal sistema é o sistema IntelliServ apresentado na patente norte-americana n° . 6.670.880, a qual é aqui incorporada a título de referência por tudo o que apresenta. Os dados coletados dos sensores ou 10 de outros componentes elétricos furo-abaixo podem ser enviados à superfície através do sistema de telemetria 404. Os dados podem ser analisados na superfície a fim de monitorar as condições furo-abaixo. Os operadores na superfície podem utilizar os dados para alterar a velocidade 15 de perfuração se o conjunto de broca de perfuração 102 encontrar formações 105 de dureza variável. Outros tipos dos sistemas de telemetria 404 podem incluir sistemas de pulsos de lama, sistemas de ondas eletromagnéticas, sistemas indutivos, sistemas de fibras ópticas, sistemas de conexão

direta, sistemas de tubulação com cabos, ou quaisquer combinações dos mesmos. Em algumas realizações, os sensores podem fazer parte de um circuito de realimentação que controla a lógica que controla a carga. Em tais realizações, a perfuração pode ser automatizada e o equipamento elétrico 25 pode compreender inteligência suficiente para evitar as formações de perfuração potencialmente inóspitas 105 enquanto mantém coluna de perfuração 100 na trajetória correta. Em algumas realizações, a perfuração pode ser completamente automatizada onde a trajetória e a localização desejadas da

3 0 carga útil são programadas no equipamento elétrico e podem funcionar sem a necessidade de controles manuais.

Os estabilizadores 312 podem ser dispostos em torno do eixo mecânico 202 e dentro do furo 301 da broca de perfuração 104 ou do conjunto de broca de perfuração 102, os quais podem impedir o empenamento ou a descentralização do eixo mecânico 202.

A turbina 2 01, os conjuntos de engrenagens 2 06, 210 5 e/ou os geradores 308, 409 podem ser dispostos dentro de um invólucro protetor 315 dentro do furo 3 01 do conjunto de broca de perfuração 102. O invólucro 315 é fixado à parede

4 02 do furo de maneira tal que qualquer coisa disposta em seu interior pode ser fixada axialmente com respeito ao centro do furo 301. 0 invólucro 315 pode compreender passagens em locais onde ele é conectado à parede 4 02 do furo de maneira tal que o fluido de perfuração pode atravessar.

0 segundo conjunto de engrenagens 210 na realização da Figura 5 é um sistema de engrenagens planetárias que pode 15 ser utilizado para conectar o eixo mecânico 202 ao primeiro rotor 300. 0 sistema de engrenagens planetárias compreende uma engrenagem central 500 que é girada pelo primeiro rotor 300 conectado à turbina 201. Quando a engrenagem central 500 gira, uma pluralidade de engrenagens periféricas 501 que

2 0 circundam e bloqueiam a engrenagem central 5 00 gira, o que

por sua vez faz com que um anel exterior 502 da engrenagem gire. A relação da velocidade de rotação entre a engrenagem central 500 e o anel exterior 502 da engrenagem depende dos tamanhos da engrenagem central 500 e da pluralidade de '25 engrenagens periféricas 501. O segundo conjunto de engrenagens 210 também compreende um membro de suporte 5 03 para a finalidade de manter as engrenagens periféricas 501 axialmente estacionárias.

O sistema de engrenagens planetárias é disposto

3 0 dentro do invólucro 315 de maneira tal que há uma abertura

504 entre o anel exterior 502 da engrenagem e o invólucro 315 de modo que o anel 502 da engrenagem possa girar. O invólucro 315 também pode compreender uma superfície de rolamento interna 505 de maneira tal que o segundo conjunto de engrenagens 210 e o invólucro 315 possam ficar nivelados com o anel de engrenagem 5 02 e ainda possam girar. O invólucro 315 também pode compreender uma pluralidade de passagens 506 5- em que o fluido de perfuração pode passar através do furo 301 do conjunto de broca de perfuração 102.

Com referência agora à Figura 6, a carga 600 é um resistor em um circuito elétrico 401 que é conectado eletricamente ao gerador 308. A rotação do gerador 308 produz 10 uma voltagem de corrente alternada através dos dois terminais 601, 602 do gerador. 0 circuito compreende um retificador de ponte 603, o qual converte a voltagem de corrente alternada em uma voltagem de corrente contínua. O circuito também compreende um interruptor de corrente contínua 604, tais como 15 um transistor de efeito de campo (FET) , o qual é acionado pelas instruções lógicas 605 que ligam e desligam o mesmo. Quando o interruptor de corrente contínua 6 04 está ligado, o circuito é completado, fazendo com que a voltagem de corrente contínua caia através da carga 600 e extraia energia do

gerador 308, fazendo desse modo com que a velocidade de rotação do gerador 3 08 seja desacelerada. Quando o interruptor de corrente contínua 604 está desligado, no entanto, o circuito é um circuito aberto e nenhuma energia é extraída do gerador 3 08. Um interruptor de FET pode ser uma 25 opção de baixo custo para completar o circuito, embora requeira correntes de corrente contínua para operar.

A Figura 7 mostra uma outra realização de um circuito que compreende um interruptor de corrente alternada 700. O interruptor de corrente alternada 700 pode ser um 30 triodo para corrente alternada (TRIAC), o qual permite que a carga seja ligada ou desligada com a corrente de corrente alternada. 0 TRIAC pode comutar sempre que a voltagem de corrente alternada cruzar o zero, o que pode acontecer a meios ciclos da saída do gerador 308, dependendo das instruções lógicas 6 05 que acionam o interruptor. Uma alternativa do interruptor de corrente alternada 7 00 para o TRIAC é um transistor bipolar de porta isolada (IGBT) . Uma 5 vantagem da utilização de um IGBT é que o IGBT pode ligar e desligar a uma taxa independente do período do ciclo ou cruzamento de zero da voltagem de corrente alternada do gerador 3 08, embora o IGBT seja mais caro e complexo do que o TRIAC.

Com referência à Figura 8, a extremidade distai 211

é adaptada de maneira tal que pode ser utilizada como um sistema de direcionamento para a coluna de perfuração 100. A extremidade distai 211 pode compreender uma ponta assimétrica de maneira tal que um lado 801 tenha mais área de superfície 15 exposta à formação 105. O conjunto de engrenagens 206 é adaptado de maneira tal que a velocidade de rotação da turbina 201 é 10 a 25 vezes mais rápida do que a velocidade de rotação da extremidade distai 211. Quando a coluna de perfuração gira, a turbina 201 pode girar de maneira tal que 20 a extremidade distai 211 permanece rotacionalmente estacionária com respeito à formação 105 . Quando a extremidade distai 211 é acoplada de encontro à formação 105 e é rotacionalmente estacionária com respeito à formação 105, acredita-se que a assimetria da extremidade distai 211 irá '25 desviar a direção da coluna de perfuração 100. A orientação da extremidade distai 211 pode ser ajustada pela lógica que fica em comunicação com a carga. Os sensores podem indicar a posição da extremidade distai 211 e através de um circuito de realimentação a lógica pode ajustar a carga para reorientar a 30 extremidade distai 211. Com tal método, trajetórias de perfuração complexas são possíveis. Ao fazer com que a extremidade distai 211 do eixo mecânico 202 gire com a broca de perfuração 104, acredita-se que ela faz com que a coluna de perfuração 100 perfure em uma direção geralmente reta.

Com referência à Figura 9, o segundo conjunto de engrenagens 210 pode compreender engrenagens de dentes retos. Uma primeira engrenagem de dentes retos 900 pode ser unida ao 5 primeiro rotor 3 00 e ficar em comunicação com uma segunda engrenagem de dentes retos 901. A segunda engrenagem de dentes retos 901 pode ser unida a um eixo mecânico intermediário 902 suportado pelo invólucro 315. O segundo eixo mecânico 902 também pode compreender uma terceira 10 engrenagem 9 03 que fica em comunicação com uma quarta engrenagem 904 unida ao segundo rotor 3 07. Os tamanhos das engrenagens são adaptados de maneira tal que o segundo rotor 307 gira mais rapidamente do que o primeiro rotor 300. 0 invólucro 315 e/ou o eixo mecânico intermediário 902 podem 15 compreender superfícies de rolamento 905 para reduzir o atrito onde o invólucro 315 suporta o eixo mecânico intermediário 905.

Com referência agora à Figura 10, uma coluna de perfuração 100 pode ser suspensa por um guindaste 101. Um 20 conjunto de broca de perfuração 102 é posicionado no fundo de um furo de poço 103 e compreende uma broca de perfuração 104. Quando a broca de perfuração 104 gira furo-abaixo, a coluna de perfuração 100 avança ainda mais para a terra. A coluna de perfuração 100 pode ser direcionada em uma direção preferida.

'25 Em algumas realizações, um sensor 207 pode ser disposto no conjunto de coluna de perfuração 102 e pode ser adaptado para receber os sinais acústicos 1001 produzidos pela broca de perfuração 104. Os sinais acústicos 1001 produzidos pela broca de perfuração 104 podem ser retornados da formação 105. 30 Isto pode ser útil na determinação de características diferentes da formação 105.

A Figura 11 ilustra realizações dos equipamentos de perfuração utilizados em várias aplicações de direcionamento. Em uma realização, um equipamento de perfuração 1100 pode ser posicionado de modo que um furo de poço de relevo direcional 1155 possa ser perfurado para cruzar um outro poço 1150 no caso de uma emergência, tal como uma explosão, a fim de 5 reduzir a pressão subsuperficial de uma maneira controlada. Um equipamento de perfuração 1110 pode ser utilizado em uma aplicação de perfuração em que múltiplos reservatórios 114 0, tais como reservatórios de óleo ou de gás, ficam localizados aproximadamente ao longo de uma trajetória vertical. Em tais 10 circunstâncias, pode ser vantajosa a perfuração em uma trajetória substancialmente reta 1151 adjacente aos reservatórios 1140 e, da trajetória substancialmente reta 1151, a perfuração de múltiplas trajetórias 1152 ramificadas da trajetória principal 1151 rumo aos reservatórios 1140. 15 Além disso, pode ser necessário, durante uma operação de perfuração, que um furo de poço 1115 seja formado em torno de obstáculos 1103 tais como pedregulhos, formações duras, formações de sal, ou regiões de baixa pressão. Múltiplos reservatórios 1160 podem ser alcançados com um equipamento de 20 perfuração 1120 quando é utilizada uma coluna de perfuração direcionável. Um furo de poço 1125 pode ser perfurado na direção de um primeiro reservatório. Se outros furos de poço estiverem localizados perto do primeiro furo de poço, as capacidades de direcionamento da coluna de perfuração podem '25 permitir que cada reservatório seja perfurado sem remover a coluna de perfuração e reposicionar o equipamento de perfuração 112 0 para cada operação de perfuração. Em algumas situações, um reservatório 1170 pode ficar localizado abaixo de uma estrutura 1101 de maneira tal que um equipamento de 30 perfuração 1130 não possa ser posicionado diretamente acima do reservatório e perfurar uma trajetória reta. Desse modo, um furo de poço 1135 pode ter que ser formado adjacente à estrutura 1101 e seguir uma trajetória curva rumo ao reservatório utilizando as capacidades de direcionamento da coluna de perfuração. Tal coluna de ferramenta pode ser equipada para perfurar em aplicações costa afora, bem como em aplicações na costa.

5- As Figuras 12 a 15 ilustram realizações de várias

extremidades distais 211. A Figura 12 mostra uma superfície defletora primária 1206 que tem uma geometria ligeiramente convexa 1200. Na realização da Figura 13, a superfície primária 1206 pode compreender uma geometria plana 1300. Na 10 Figura 14, a extremidade distai 211 também pode ter uma geometria ligeiramente convexa 1400, mas pode compreender um raio de curvatura maior do que a realização mostrada na Figura 12. A superfície defletora primária pode compreender um raio de 0,750 a 1,250 polegadas. Acredita-se que uma 15 geometria convexa 1400 irá permitir que a extremidade distai 211 esmague a formação 105 através do carregamento de ponto versus o carregamento de superfície que pode ocorrer nas realizações com a plana. Acredita-se que o ponto carregado seja o preferido para aplicações de direcionamento. A Figura 20 15 mostra uma superfície primária 1206 que tem uma geometria ligeiramente côncava 1500. A extremidade distai 211 pode ter um formato poligonal ao longo do seu comprimento.

A Figura 16 mostra uma extremidade distai assimétrica 211 com uma superfície substancialmente plana '25 1600, em que a superfície 1600 cruza um eixo central 1601 do eixo mecânico 202 a um ângulo 1602 entre 1 e 89 graus. Idealmente, o ângulo 1602 fica compreendido dentro de 30 a 60 graus. A Figura 17 mostra uma geometria assimétrica da extremidade distai 211 que compreende um corte 1701. O corte 3 0 1701 pode ser côncavo, convexo ou plano. A Figura 18 mostra uma geometria de uma face plana 1800 com uma saliência deslocada 1801. A realização da Figura 19 mostra uma saliência deslocada 1801 com uma face plana 1900. A geometria assimétrica da Figura 20 é geralmente triangular. Em outras realizações, a geometria assimétrica pode ser geralmente piramidal. A Figura 21 mostra uma geometria assimétrica 2100 de uma extremidade distai 211 geralmente triangular com um lado côncavo 2101.

Embora a presente invenção tenha sido descrita particularmente em relação aos desenhos em anexo, deve ser compreendido que outras modificações adicionais, além daquelas aqui mostradas ou sugeridas, podem ser feitas dentro do âmbito e caráter da presente invenção.

Claims

1. CONJUNTO DE BROCA DE PERFURAÇÃO, caracterizado pelo fato de compreender: uma parte de corpo intermediária a uma parte de “ haste e uma parte de trabalho; em que a parte de trabalho compreende pelo menos um elemento de corte; pelo menos uma parte de um eixo mecânico é disposta dentro da parte de corpo e se projeta da parte de trabalho; o eixo mecânico compreende uma extremidade distai isolada rotacionalmente da parte de corpo e em comunicação com uma formação subterrânea; e um motor adaptado para controlar rotacionalmente a extremidade distai.

2. CONJUNTO DE BROCA DE PERFURAÇÃO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o motor é um motor elétrico, um motor hidráulico, um motor de deslocamento positivo, ou combinações dos mesmos.

3. CONJUNTO DE BROCA DE PERFURAÇÃO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a extremidade distai é assimétrica.

4. CONJUNTO DE BROCA DE PERFURAÇÃO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o motor fica em comunicação com um gerador furo-abaixo.

5. CONJUNTO DE BROCA DE PERFURAÇÃO, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o gerador compreende ímãs feitos de cobalto e samário.

6. CONJUNTO DE BROCA DE PERFURAÇÃO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que um conjunto de engrenagens é intermediário ao eixo mecânico e ao motor e fica em comunicação com os mesmos.

7. CONJUNTO DE BROCA DE PERFURAÇÃO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o eixo mecânico fica em comunicação com o motor através de um segundo conjunto de engrenagens.

8. CONJUNTO DE BROCA DE PERFURAÇÃO, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o segundo conjunto de engrenagens é um sistema de engrenagens planetárias .

9. CONJUNTO DE BROCA DE PERFURAÇÃO, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o segundo conjunto de engrenagens compreende uma relação de engrenagens de pelo menos 2:1.

10. CONJUNTO DE BROCA DE PERFURAÇÃO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que um sensor disposto dentro do conjunto de broca de perfuração mede a orientação do eixo mecânico com respeito ao conjunto de broca de perfuração.

11. CONJUNTO DE BROCA DE PERFURAÇÃO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que um sensor fixado ao conjunto de broca de perfuração mede e mantém a orientação do conjunto de broca de perfuração com respeito a uma formação subterrânea.

12. CONJUNTO DE BROCA DE PERFURAÇÃO, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o sensor é um giroscópio, um inclinômetro, um magnetômetro, ou combinações dos mesmos.

13. CONJUNTO DE BROCA DE PERFURAÇÃO, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o motor elétrico é um motor escalonador, um motor de corrente alternada, um motor universal, um motor de indução de corrente alternada trifásico, um motor síncrono de corrente alternada trifásico, um servomotor de corrente alternada bifásico, um motor de indução de corrente alternada unifásico, um motor síncrono de corrente alternada unifãsico, um motor de torque, um motor de ímã permanente, um motor de corrente contínua, um motor de corrente contínua sem escovas, um motor de corrente contínua sem núcleo, um motor linear, um motor de alimentação dupla ou simples, ou combinações dos mesmos.

14. CONJUNTO DE BROCA DE PERFURAÇÃO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o conjunto de broca de perfuração fica em comunicação com um sistema de telemetria furo-abaixo.

15. CONJUNTO DE BROCA DE PERFURAÇÃO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o motor é alimentado por uma turbina, uma bateria, ou um sistema de transmissão de energia da superfície ou furo-abaixo.

16. CONJUNTO DE BROCA DE PERFURAÇÃO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o eixo mecânico se projeta da parte de trabalho por 6 a 20 polegadas.