MX2013014902A

MX2013014902A - Herramientas de perforacion terrestre que incluye almohadillas retractiles, cartuchos que incluyen almohadillas retractiles para tales herramientas, y metodos relacionados.

Info

Publication number: MX2013014902A
Application number: MX2013014902A
Authority: MX
Inventors: Marcus Oesterberg
Original assignee: Baker Hughes Inc
Priority date: 2011-06-14
Filing date: 2012-06-14
Publication date: 2014-02-17
Also published as: WO2012174206A3; CN103703209B; BR112013032031A2; CA2838732A1; EP2721243B1; US9970239B2; CA2838732C; BR112013032031B1; RU2014100613A; US20120318580A1; US9080399B2; US20180258705A1; US10731419B2; CN103703209A; NO2834208T3; EP2721243A2; US20150292268A1; WO2012174206A2; EP2721243A4

Abstract

Una herramienta de perforación terrestre puede comprender al menos una cavidad formada en una cara de la misma. Al menos una almohadilla retráctil que reside en al menos una cavidad puede acoplarse en un pistón ubicado al menos parcialmente dentro al menos una cavidad. Adicionalmente, una válvula puede colocarse dentro de la herramienta de perforación terrestre y configurarse para regular el flujo de un fluido incompresible en contacto con el pistón a través de una abertura de un depósito. Un cartucho puede comprender una pared de cilindro que define un primer calibre, y un pistón que comprende al menos una almohadilla retráctil colocada al menos parcialmente dentro del primer calibre. La pared de cilindro y el pistón pueden definir un primer depósito dentro del primer calibre, y una válvula puede colocarse y configurarse para regular el flujo a través de una abertura hacia el primer depósito. También se describen métodos y dispositivos relacionados.

Description

HERRAMIENTAS DE PERFOPACIÓN TERRESTRE QUE INCLUYEN ALMOHADILLAS RETRÁCTILES, CARTUCHOS QUE INCLUYEN ALMOHADILLAS RETRÁCTILES PARA TALES HERRAMIENTAS, Y MÉTODOS RELACIONADOS DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Las modalidades de la presente descripción generalmente se relacionan con herramientas de perforación terrestre que incluyen almohadillas retráctiles. Modalidades adicionalmente se relacionan con componentes para tales herramientas de perforación terrestre, tales como cartuchos que incluyen almohadillas retráctiles, y métodos relacionados .

La tendencia en el suelo de los Estados Unidos y otra exploración no convencional de petróleo y gas tienden hacia un desarrollo horizontal y pozos de gas, donde un pozo de sondeo se perfora en, y después para seguir lateralmente, un yacimiento que produce hidrocarburos. Tal desarrollo horizontal de pozos de petróleo y gas típicamente requieren de la perforación direccional, en donde un segmento vertical de pozo de sondeo se perfora, seguido por un segmento curvado de pozo de sondeo el cual, a la vez, las transiciones hacia un segmento horizontal de pozo de sondeo a otro segmento que se extiende lateralmente para seguir el yacimiento. Típicamente, el segmento curvado del pozo de sondeo se perfora con una barrena que tiene una agresividad relativamente baja, con el fin de proporcionar estabilidad y control de la cara de la herramienta. Al formar el segmento lateral u horizontal del pozo de sondeo, el operador puede buscar optimizar el índice de penetración (ROP) . Para optimizar el ROP global utilizando barrenas convencionales, el operador puede utilizar un trayecto de bajada y subida, sacar la barrena con relativamente baja agresividad y meterla en otra barrena con relativamente alta agresividad. Tal trayecto de bajada y subida al momento puede ser lento y costoso debido al tiempo desperdiciado del equipo de perforación y necesidad de utilizar dos barrenas de perforación diferentes.

En vista de lo anterior, pueden desearse herramientas de perforación terrestre mejoradas, componentes de las herramientas de perforación terrestre mejorados, y métodos de perforación mejorados.

En algunas modalidades, una herramienta de perforación terrestre puede comprender al menos una cavidad formada en una cara de la misma. Una almohadilla retráctil puede colocarse en al menos una cavidad adyacente a la cara y acoplarse a un pistón ubicado al menos parcialmente dentro de almenos una cavidad. Adicionalmente , un fluido sustancialmente incompresible puede encontrarse en contacto con el pistón y contenerse dentro de un primer depósito, y puede colocarse una válvula dentro de la herramienta de perforación terrestre y configurarse para regular el flujo a través de una abertura del primer depósito.

En las modalidades adicionales, un cartucho para una herramienta de perforación terrestre puede comprender una pared de cilindro que define un primer calibre y un pistón que comprende al menos una almohadilla retráctil colocada al menos parcialmente dentro del primer calibre. Adicionalmente, el cartucho puede comprender un primer depósito dentro del primer calibre adyacente al pistón, una abertura hacia el primer depósito, y una válvula colocada y configurada para regular el flujo de fluido a través de la abertura.

En otras modalidades, una barrena de perforación terrestre puede comprender una pluralidad de cavidades en una cara de la misma, y una almohadilla retráctil acoplada a un primer pistón ubicado al menos parcialmente dentro de cada cavidad de la pluralidad. La barrena de perforación terrestre adicionalmente puede comprender un fluido sustancialmente incompresible en contacto con el pistón y contenerse dentro de un primer depósito, y una pluralidad de calibres en comunicación de fluido con la pluralidad de cavidades y en contacto con el fluido sustancialmente incompresible. Además, un segundo pistón puede ubicarse al menos parcialmente dentro de cada calibre de la pluralidad de calibres; y puede acoplarse operativamente una placa de lavado a cada segundo pistón .

En aún modalidades adicionales, un método para operar una herramienta de perforación terrestre puede comprender perforar un pozo de sondeo con una herramienta de perforación terrestre con al menos una almohadilla retráctil que se proyecta desde una cara de la herramienta de perforación terrestre adyacente al menos a una estructura de corte. El método además puede comprender abrir una válvula dentro de la herramienta de perforación terrestre para liberar un fluido desde un primer depósito colocado debajo al menos una almohadilla retráctil y reducir la cantidad de proyección al menos una almohadilla retráctil desde la cara de la herramienta de perforación terrestre mientras que dentro del pozo de sondeo, y al reanudar la perforación después de reducir la cantidad de proyección al menos una almohadilla retráctil desde la cara de la herramienta de perforación terrestre.

En aún otras modalidades, un método de formar un pozo de sondeo curvado puede comprender extender al menos una almohadilla retráctil colocada dentro de una cara de una barrena de perforación en un primer lado de un pozo de sondeo mientras se perfora, y retraer al menos uno retraible en un segundo lado del pozo de sondeo mientras se perfora.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La FIGURA 1 muestra una vista esquemática of a equipo de perforación que incluye una barrena de perforación de acuerdo con una modalidad de la presente descripción.

La FIGURA 2 muestra una vista isométrica de una barrena de perforación que incluye almohadillas retráctiles de acuerdo con una modalidad de la presente descripción.

La FIGURA 3 muestra una vista inferior de la barrena de perforación mostrada en la FIGURA 2.

La FIGURA 4A muestra una vista esquemática de una porción de la barrena de perforación de la FIGURA 2, que muestra canales de fluidos a través de un cuerpo de barrena de la barrena de perforación y que muestra las almohadillas retráctiles en una posición extendida.

La FIGURA 4B muestra una vista esquemática de la porción de la barrena de perforación mostrada en la FIGURA 4A, con las almohadillas retráctiles en una posición retraída .

La FIGURA 5A muestra un ensamble de cartucho que incluye una almohadilla retráctil para su uso en una barrena de perforación tal como la mostrada en la FIGURA 2, la almohadilla retráctil se muestra en una posición extendida.

La FIGURA 5B muestra el ensamble de cartucho de la FIGURA 5A con la almohadilla retráctil mostrada en una posición retraída.

La FIGURA 6A muestra un ensamble de cartucho que incluye una almohadilla retráctil y un segundo pistón para su uso en una barrena de perforación tal como la mostrada en la FIGURA 2, la almohadilla retráctil se muestra en una posición extendida .

La FIGURA 6B muestra el ensamble de cartucho de la FIGURA 6A con la almohadilla retráctil mostrada en una posición retraída.

La FIGURA 7A muestra un ensamble de cartucho que incluye una almohadilla retráctil y un diafragma para su uso en una barrena de perforación tal como la mostrada en la FIGURA 2, la almohadilla retráctil se muestra en una posición extendida .

La FIGURA 7B muestra el ensamble de cartucho de la FIGURA 7 A con la almohadilla retráctil mostrada en una posición retraída.

La FIGURA 8 muestra una vista en despiece de un fuste y un módulo electrónico de la barrena de perforación de la FIGURA 2.

La FIGURA 9 muestra una vista en sección transversal del fuste de la FIGURA 8.

La FIGURA 10 muestra una vista en perspectiva del módulo electrónico de la FIGURA 8.

FIGURA 11 muestra un diagrama esquemático del módulo electrónico de la FIGURA 8.

La FIGURA 12 muestra una vista parcial en sección transversal de una barrena de perforación que incluye una placa de lavado de acuerdo con una modalidad de la presente descripción .

La FIGURA 13 muestra a vista parcial en sección transversal de una barrena de perforación que incluye una válvula de acuerdo con una modalidad de la presente descripción.

Las ilustraciones presentadas en la presente no pretenden ser verdaderos puntos de vista de ningún dispositivo particular, o método relacionado, sino que solamente son representaciones idealizadas que se emplean para describir modalidades de la presente invención. Adicionalmente , elementos comunes entre las figuras pueden permanecer con la misma designación numérica.

Aunque algunas modalidades de la presente descripción se representan como se utilizan y se emplean en las barrenas de arrastre, las personas con experiencia ordinaria en la técnica entenderán que las modalidades de la presente descripción pueden emplearse en barrenas híbridas de perforación u otras configuraciones de barrena de perforación. Por lo tanto, el término "herramienta de perforación terrestre" y como se utiliza en la presente, significa e incluye cualquier tipo de barrena de perforación y otro aparato de perforación terrestre para su uso en perforar o alargar agujeros de perforación o pozos en yacimientos terrestres.

La FIGURA 1 representa un ejemplo de un aparato para realizar operaciones de perforación subterránea. Un equipo 10 de perforación puede incluir una torre 12 de perforación, un piso 14 de perforación, unos malacates 16, un gancho 18, un eslabón 20 giratorio, una Unión 22 a la barra de arrastre, y una mesa 24 giratoria. Una columna 30 de sondeo, que puede incluir una sección 32 de tubo de perforación y una sección 34 de cuello de perforación, que se extiende hacia abajo del equipo 10 de perforación en un pozo de sondeo 40. La sección 32 de tubo de perforación puede incluir un número de miembros de tubo de perforación tubular o trenes conectados juntos y la sección 34 de cuello de perforación probablemente puede incluir una pluralidad de cuellos de perforación. Opcionalmente, la columna 30 de sondeo puede incluir un subensamble de diagrafia de medición mientras se perfora (MWD) y que coopera con el subensamble de transmisión de datos de telemetría de pulso de lodos, que se denominan colectivamente como un sistema 50 MWD de comunicación, así como otros sistemas de comunicación conocidos por aquellos de experiencia ordinaria en la técnica .

Durante las operaciones de perforación, el fluido de perforación puede distribuirse desde una fosa 60 de lodo a través de una bomba 62 para lodo, a través de un amortiguador 64 del golpe de ariete, y a través de una línea 66 de suministro de lodo en el eslabón 20 giratorio. El lodo de perforación (también denominado como el fluido de perforación) fluye a través de la unión 22 a la barra de arrastre and en un calibre central axial en la columna 30 de sondeo. Eventualmente, sale a través de toberas u otras aberturas, que se ubican en una barrena 100 de perforación, que se conecta a la porción más baja de la columna 30 de sondeo. El lodo de perforación fluye de regreso a través de un espacio 42 anular entre la superficie exterior de la columna 30 de sondeo y la superficie interior del pozo de sondeo 40, que se distribuirá a la superficie donde se regresa a la fosa 60 de lodo a través de una linea 68 de retorno de lodo.

Un tamiz vibratorio (no mostrado) puede utilizarse para separar los sedimentos del yacimiento del lodo de perforación antes de que regresen a la fosa 60 de lodo. El Sistema 50 M D de comunicación opcional puede utilizar una técnica de telemetría de pulso de lodo para comunicar datos desde una ubicación al fondo de la perforación a la superficie mientras tienen lugar las operaciones de perforación. Al recibir datos en la superficie, se proporciona un transductor 70 de pulso de lodo en comunicación con la línea 66 de suministro de lodo. Este transductor 70 de pulso de lodo genera señales eléctricas en respuesta a las variaciones de presión del lodo de perforación en la línea 66 de suministro de lodo. Estas señales eléctricas se transmiten por un conductor 72 de superficie a un sistema 80 de procesamiento electrónico de superficie, que convencionalmente es un sistema de procesamiento de datos con una unidad de procesamiento central para ejecutar instrucciones de programa, y para responder a los comandos que el usuario ingresa a través de ya sea un teclado o un dispositivo de puntuación gráfica. El sistema de telemetría de pulso de modo se proporciona para comunicar datos hacia la superficie con respecto a numerosas condiciones del fondo de la perforación detectadas por la diagrafia del pozo y sistemas de medición que convencionalmente se encuentran ubicados dentro del sistema 50 M D de comunicación. Los pulsos de lodo que definen los datos propagados hacia la superficie se producen por equipo ubicado convencionalmente dentro del sistema 50 MWD de comunicación. Tal equipo típicamente comprende un generador de pulso de presión que opera bajo control de la electrónica contenida en un alojamiento de instrumento para permitir que un lodo de perforación se ventile a través de un extensor de orificio a través de la pared del cuello de perforación. Cada vez que el generador de pulso de presión provoque tal ventilación, se transmitirá un pulso de presión negativa a recibirse por el transductor 70 de pulso de lodo. Una disposición convencional alternativa genera y transmite pulsos de presión positiva. Como en el caso convencional, el lodo de perforación circulante también puede proporcionar una fuente de energía para u subensamble generador accionado por turbina (no mostrado) que puede ubicarse cerca de un ensamble en el fondo del pozo (BHA) . El generador accionador con turbine puede generar energía eléctrica para el generador de pulso de presión y por varios circuitos que incluyen aquellos circuitos que forman los componentes operativos de las herramientas de medición mientras se perfora. Como una fuente alternativa o complementaria de energía eléctrica, pueden proporcionarse baterías, en particular como un respaldo para el generador accionado por turbina.

Para la perforación direccional, la columna 30 de sondeo puede incluir un motor 90 de lodo y una unión sustituta curvada y/o una unión 92 sustituta de orientación en una ubicación cerca de la barrena 100 de perforación. Cuando se perfora un segmento recto del pozo de sondeo, la unión 92 sustituta de orientación y la barrena 100 de perforación pueden girar en relación al pozo de sondeo 40. En vista de esto, la barrena 100 de perforación puede girarse descentrado y puede perforar un pozo de sondeo ligeramente sobredimensionado, debido a que la unión 92 sustituta de orientación gira y fricciona a lo largo de la pared del pozo de sondeo. Opcionalmente, una almohadilla de orientación en la unión 92 sustituta de orientación puede moverse en una posición retraída, la cual puede permitir que la barrena 100 de perforación gire centrada mientras se perfora un segmento recto del pozo de sondeo.

Cuando se perfora un segmento curvado del pozo de sondeo, el motor 90 de lodo puede utilizarse para girar la barrena 100 de perforación en relación con el pozo de sondeo 40, mientras que la columna 30 de sondeo ubicada arriba del motor 90 de lodo, no puede girar en relación al pozo de sondeo 40. En vista de esto, la barrena 100 de perforación puede girarse centrada y la unión 92 sustituta de orientación no puede girar en relación al pozo de sondeo 40 y puede aplicar de modo consistente una fuerza lateral en un lado del pozo de sondeo 40, que puede provocar que la barrena 100 de perforación siga una ruta curvada a través del yacimiento. Si la unión 92 sustituta de orientación incluye una almohadilla de orientación móvil, la almohadilla de orientación puede colocarse en una posición extendida mientras que forma el segmento curvado del pozo de sondeo.

Sin embargo, en algunas modalidades, una unión sustituta curvada y/o una unión 92 sustituta de orientación no pueden incluirse para la perforación direccional. En tales modalidades, la formación de un segmento curvado del pozo de sondeo puede facilitarse utilizando dispositivos y métodos de acuerdo con la presente descripción sin utilizar una unión sustituta curvada y/o una unión 92 sustituta de orientación, tal como se discute en la presente con referencia a las FIGURAS 12 y 13.

Como se muestra en la FIGURA 2, la barrena 100 de perforación puede comprender un cuerpo 110 de la barrena y un fuste 112. El cuerpo 110 de la barrena puede incluir un número de paletas 114 y canales 116 de fluidos ubicados entre las paletas 114 que definen una superficie exterior del cuerpo 110 de la barrena. El cuerpo 110 de la barrena puede incluir adicionalmente una pluralidad de toberas 118 (FIGURA 3), que pueden ubicarse en el cuerpo 110 de la barrena para dirigir el fluido a través de los canales 116 de fluidos. Las paletas 114 pueden incluir una pluralidad de estructuras 122 de corte (por ejemplo, cortadores de diamante policristalino compacto (PDC)), tales como en una corona o región de la cara de la barrena 100 de perforación y las paletas 114 pueden incluir estructuras 124 que inhiben el desgaste (por ejemplo, botones de desgaste de carburo de tungsteno) , tales como en una región del calibre de la barrena 100 de perforación.

Como se muestra en las FIGURA 2 y 3, el cuerpo 110 de la barrena de la barrena 100 de perforación puede incluir una pluralidad de almohadillas 128 retráctiles ubicadas en una cara de la barrena. Se muestra una cara de la barrena en la FIGURA 3, y es la región principal de la barrena 100 de perforación que se acopla al fondo de un pozo de sondeo durante las operaciones de perforación (es decir, la porción de una barrena que está opuesta al fuste 112). Por ejemplo, cada almohadilla 128 retráctil puede ubicarse en una paleta 114 del cuerpo 110 de la barrena en una positrón que giratoriamente arrastra las una hilera de estructuras 122 de corte. En otras modalidades, cada almohadilla 128 retráctil giratoriamente puede llevar una hilera de estructuras 122 de corte.

Como se muestra en las FIGURAS 4A y 4B, el cuerpo 110 de la barrena adicionalmente puede incluir canales 130 de fluidos dentro del cuerpo 110 de la barrena, que puede extenderse desde un canal 132 de fluido central a las toberas 118 y a las cavidades 136 en el cuerpo 110 de la barrena que contiene las almohadillas 128 retráctiles. El canal 132 de fluido central puede extenderse hacia el exterior de la barrena 100 de perforación a través de una abertura en el fuste 112 (FIGURA 8 ) .

En algunas modalidades, cada almohadilla 128 ajustable puede incluirse en un ensamble 140, 180, 200 de cartucho, tal como se muestra en las FIGURAS 5A, 5B, 6A, 6B, 7A, y 7B, que puede colocarse dentro de la cavidad 136 en la paleta 114 del cuerpo 110 de la barrena.

Como se muestra en las FIGURAS 5A y 5B, un ensamble de cartucho 140 puede incluir una pared 142 de cilindro que define un calibre, un pistón 144 colocado dentro del calibre, un perímetro del pistón 144 sellado contra la pared 142 de cilindro. El pistón 144 puede incluir un soporte 146, tal como un soporte de acero, que puede incluir un casquillo 148 equipado con juntas para evitar que el fluido pase entre el perímetro sellado del pistón 144 y la pared 142 de cilindro, y también puede equiparse con un anillo de rodamiento o de desgaste. El pistón 144 también incluye la almohadilla 128 retráctil, que puede acoplarse a o formarse integralmente con el soporte 146. Por ejemplo, la almohadilla 128 retráctil puede comprenderse de carburo, u otro material resistente al desgaste, y puede soldarse o broncesoldarse al soporte 146. Después de la inserción en el calibre, una superficie 150 del pistón 144 y la pared 142 de cilindro pueden definir un depósito 152 de fluido. El cartucho 140 además puede incluir una abertura 154 al depósito 152 de fluido y una válvula 156 (tal como a válvula piezoeléctrica) ubicada y configurada para controlar el paso de fluido a través de la abertura 154 al depósito 152 de fluido. Cuando el depósito 152 se define por la pared 142 de cilindro y la superficie 150 del pistón 144, el depósito 152 puede variar en tamaño, dependiendo de la posición del pistón 144 dentro del pozo de sondeo. Un fluido sustancialmente incompresible puede llenar sustancialmente el depósito 152, al poner en contacto la superficie 150 del pistón 144. En vista de esto, después del cierre de la abertura 154 por la válvula 156, el fluido incompresible puede contenerse dentro del depósito 152 y el pistón 144 puede mantenerse en su posición a través de presión hidráulica. Ejemplos no limitantes de fluidos sustancialmente incompresibles que pueden utilizarse incluyen aceite mineral, aceite vegetal, aceite de silicona, y agua.

El ensamble de cartucho 140 puede dimensionarse para su inserción en la cavidad 136 del cuerpo 110 de la barrena (FIGURAS 4A y 4B) , y puede incluir una brida 160 que puede utilizarse para colocar el ensamble de cartucho 140 en una profundidad predeterminada dentro de la cavidad 136 y también puede utilizarse para unir el ensamble de cartucho 140 al cuerpo 110 de la barrena. Por ejemplo, la brida 160 puede soldarse a la cara de la barrena 100 de perforación (FIGURA 2) , que puede mantener el ensamble de cartucho 140 dentro del cuerpo 110 de la barrena y también puede proporcionar un sello hermético al fluido entre el ensamble de cartucho 140 y el cuerpo 110 de la barrena. Adicionalmente, puede proporcionarse y enrutarse un cableado 162 a través del cuerpo 110 de la barrena para proporcionar comunicación eléctrica entre la válvula 156 y un módulo electrónico 310 (descrito además en detalle en la presente con referencia a las FIGURAS 8-11) .

En otra modalidad, se muestra en las FIGURAS 6A y 6B, un ensamble de cartucho 180 que puede incluir una primera pared de cilindro 182 que define un primer calibre y un primer pistón 184 colocado dentro del calibre, un perímetro del primer pistón 184 sellado contra la primera pared de cilindro 182. Adicionalmente, el ensamble de cartucho 180 puede incluir un segundo pistón 186, y una válvula 187 colocado entre el primer y segundo pistones 184 y 186, respectivamente, y configurarse para regular el flujo entre un primer depósito 189 y un segundo depósito 191.

Similar al pistón 144 del ensamble de cartucho 140, representado en las FIGURAS 5A y 5B, el primer pistón 184 del ensamble de cartucho 180 puede incluir a soporte 188, tal como un soporte de acero, que puede incluir un casquillo equipado con juntas 190 para evitar que el fluido pase entre el perímetro del primer pistón 184 y la primera pared de cilindro 182, y puede equiparse con un anillo de rodamiento o de desgaste. El primer pistón 184 también puede incluir una almohadilla retráctil 192, que puede acoplarse a o formarse integralmente con el soporte 188.

El segundo pistón 186 puede colocarse dentro de un segundo calibre definido por una segunda pared 194 de cilindro, un perímetro del segundo pistón 186 sellado contra la segunda pared 194 de cilindro. El segundo pistón 186 también puede incluir un sello 196, tal como uno o más de un Anillo tórico, un anillo quad, un anillo cuadrado, un limpiador, un anillo de respaldo, y otros paquetes, que puedan proporcionar un sello entre el segundo pistón 186 y la segunda pared 194 de cilindro.

Aunque en la modalidad mostrada en las FIGURAS 6A y 6B se muestran las superficies del primer y segundo pistones 184 y 186, respectivamente, expuestos al fluido incompresible y al fluido de perforación que tienen tamaños similares. Las áreas de superficie de las superficies opuestas del segundo pistón 186 pueden dimensionarse de modo diferente, tal como para proporcionar un multiplicador de presión para incrementar la presión del fluido incompresible en relación con la presión aplicada por el fluido de perforación. Adicionalmente , el tamaño y áreas de superficie del primer pistón 184 pueden ser diferentes tal que el tamaño y áreas de superficie del segundo pistón 186.

En aún otras modalidades, un ensamble de cartucho 200 puede incluir un diafragma 202 flexible para proporcionar un depósito 204 de fluido expandible, como se muestra en las FIGURAS 7? y 7B. Por ejemplo, un miembro elastomérico puede colocarse sobre y al final del ensamble de cartucho 200 y proporcionar una barrera de fluido, incluso aún permitir que la presión de fluido se comunique desde el fluido de perforación dentro del cuerpo 110 de la barrena (FIGURA 2) a través de una válvula 206 hacia un primer depósito 208 detrás de un pistón 210 que incluye una almohadilla 212 retráctil.

Como se muestra esquemáticamente en las FIGURAS 4A y 4B, los canales 130 de fluidos en el cuerpo 110 de la barrena pueden conectar el canal 132 de fluido central de la barrena 100 de perforación (FIGURA 2) a la cavidad 136 que contiene la almohadilla 128 retráctil. En vista de esto, los canales 130 de fluidos pueden proporcionar comunicación de fluido entre el canal 132 de fluido central de la barrena 100 de perforación hacia un cartucho 140, 180, 200, tal como se describe con referencia a las FIGURAS 5A, 5B, 6A, 6B, 7 A, y 7B, colocado dentro de la cavidad 136. Una válvula puede permitir selectivamente una comunicación de fluido entre el canal 132 de fluido central y la almohadilla 128 retráctil. Por ejemplo, una válvula tal como la válvula 156, 187, 206 descrita con referencia a los cartuchos 140, 180, 200 puede utilizarse para permitir selectivamente una comunicación de fluido entre el canal 132 de fluido central y la almohadilla 128 retráctil, 192, 212. La válvula 156, 187, 206 puede accionarse eléctricamente (por ejemplo, una válvula piezoeléctrica) y puede encontrarse en comunicación eléctrica con y operarse por un módulo 310 electrónico que puede ubicarse en el fuste 112 de la barrena 100 de perforación tal como se describe en los Números de Solicitud de Patente de los Estados Unidos 12/367,433 y 12/901, 172 y Números de Patente de los sados Unidos 7,497,276; 7,506,695; 7,510,026; 7,604,072; y 7,849,934, cada una de Pastusek et al., cada una intitulada "MÉTODO y APARATO PARA RECOLECTAR DATOS DE RENDIMIENTO DE LA BARRENA DE PERFORACIÓN", y cada una asignada al cesionario de la presente solicitud, la descripción de cada una de las cuales se incorpora para referencia en la presente en su totalidad.

Como se muestra en la FIGURA 8, el fuste 112 incluye un calibre 300 central formado a través del eje Z longitudinal del fuste 112. En barrenas de perforación convencionales, se configura un calibre central para permitir que el lodo de perforación fluya a través del mismo. En esta modalidad, al menos una porción del calibre 300 central del fuste 112 se proporciona en un diámetro suficiente para aceptar un módulo 310 electrónico, que puede configurarse como un anillo sustancialmente anular. Por lo tanto, el módulo 310 electrónico puede colocarse dentro del calibre 300 central, alrededor de tapón 312 del extremo, que se extiende a través del diámetro interno del anillo anular del módulo 310 electrónico para crear una cámara anular hermética al fluido con la pared del calibre 300 central y sellar el módulo 310 electrónico en su lugar dentro del fuste 12.

El tapón 312 del extremo 312 incluye un calibre 314 del tapón formado a través del mismo, a modo que el lodo de perforación pueda fluir a través del tapón 312 del extremo 312, a través del calibre 300 central del fuste 112 hacia el otro lado del fuste 112, y entonces en el canal 132 de fluido central de la barrena 100 de perforación. La FIGURA 9 muestra una vista en sección transversal del tapón 312 del extremo 312 dispuesto en el fuste 112 sin el módulo 310 electrónico, que ilustra una cámara 320 anular formada entre el tapón 312 del extremo 312 y las paredes del calibre 300 central del fuste 112. Un primer anillo 322 de sellado y un segundo anillo 324 de sellado forman un sello hermético de protección al fluido entre el tapón 312 del extremo 312 y la pared del calibre 300 central para proteger el módulo 310 electrónico (FIGURA 8) de condiciones ambientales adversas. El sello protector formado por el primer anillo 322 de sellado y segundo anillo 324 de sellado también puede configurarse para mantener la cámara 320 anular aproximadamente a una presión atmosférica .

En algunas modalidades, el primer anillo 322 de sellado y el segundo anillo 324 de sellado pueden formarse de material adecuado para una alta presión, alta temperatura ambiental, tal como, por ejemplo, un anillo tórico Caucho de Butadieno Hidrogenado de Nitrilo (HNBR) en combinación con un anillo de respaldo PEEK. Adicionalmente, el tapón 312 del extremo 312 puede asegurarse al fuste 112 por un número de mecanismos de conexión tales como, por ejemplo, los anillos 322 y 324 de sellado que utilizan un ajuste seguro a presión, una conexión roscada, una conexión epoxi, un retenedor con recuperación de forma, una soldadura, y una broncesoldadura .

El módulo 310 electrónico, puede configurarse como una tarjeta de circuito flexible, mostrado en una configuración plana en la FIGURA 10. La. configuración de tarjeta de circuito flexible puede facilitar la flexión y formado del módulo 310 electrónico en un anillo generalmente de forma anular, como se muestra en la FIGURA 8, adecuado para su disposición alrededor del tapón 312 del extremo y en el calibre 300 central. La tarjeta de circuito flexible puede incluir una infraestructura reforzada de alta resistencia (no mostrado) para facilitar la transmisión segura de las fueras de aceleración a los sensores del módulo electrónico, tal como acelerómetros . Adicionalmente, otras áreas de la tarjeta de circuito flexible, que no pueden tener componentes electrónicos sensores, pueden anexarse al tapón 312 del extremo 312 de una manera adecuada por al menos al atenuar parcialmente las fuerzas de aceleración que resultan de las operaciones de perforación al utilizar un material tal como un adhesivo viscoelástico .

Además de las válvulas 156, 187, 206 operativas hacia el control comunicación de fluido entre el canal 132 de fluido central y las almohadillas 128, 192, 212 retráctiles, el módulo 310 electrónico puede configurarse para realizar una variedad de recolección de datos y/o funciones de análisis de datos.

En algunas modalidades, tal como se muestra en la FIGURA 11, el módulo 310 electrónico puede incluir un suministro 340 de energía (por ejemplo, una batería) , un procesador 342 (por ejemplo, a microprocesador), y un dispositivo 344 de memoria (por ejemplo, un dispositivo de memoria de acceso aleatorio (RAM) y un dispositivo de sólo lectura (ROM) ) . El módulo 310 electrónico adicionalmente puede incluir al menos un sensor 346, 348, 350 configurado para medir los parámetros físicos relacionados con la barrena de perforación, que puede incluir una condición de barrena de perforación, condiciones de operación para perforación, y condiciones ambientales próximas a la barrena de perforación. En una modalidad, los sensores 346, 348, 350 pueden incluir un sensor 346 de aceleración, un sensor 348 de campo magnético, y un sensor 350 de temperatura.

El sensor 346 de aceleración puede incluir tres acelerómetros configurados en una disposición ortogonal (es decir, cada uno de los acelerómetros puede disponerse en un ángulo recto en relación con cada uno de los otros acelerómetros) . De modo similar, el sensor 348 de campo magnético puede incluir tres magnetómetros configurados en una disposición ortogonal (es decir, cada uno de los magnetómetros puede disponerse en un ángulo recto en relación con cada uno de los otros magnetómetros) . Aunque las disposiciones ortogonales (por ejemplo, sistema de coordenadas cartesianas) utilizan los tres sensores que se describen en la presente, también pueden utilizarse otros números de sensores y disposiciones.

También puede incluirse un puerto 352 de comunicación en el módulo 310 electrónico para la comunicación hacia dispositivos externos tales como un sistema 50 WD de comunicación y un sistema 354 de procesamiento remoto. El puerto 352 de comunicación puede configurarse para un enlace 356 de comunicación directo al sistema 354 de procesamiento remoto utilizando una conexión directa de cable o un protocolo de comunicación inalámbrica, tal como, a manera de ejemplo solamente, infrarrojo, BLUETOOTH®, y protocolos 802.11a/b/g. al utilizar el enlace 356 de comunicación directa, el módulo 310 electrónico puede configurarse para comunicarse con un sistema 354 de procesamiento remoto tal como, por ejemplo, una computadora, una computadora portátil, y un asistente digital personal (PDA) cuando la barrena 100 de perforación no se encuentra en el fondo de la perforación. Por lo tanto, el enlace 356 de comunicación directa puede utilizarse para una variedad de funciones, tales como, por ejemplo, para descargar software y actualizaciones de software, para permitir la configuración del módulo 310 electrónico al descargar datos de configuración, y para cargar muestras de datos y datos de análisis. El puerto 352 de comunicación también puede utilizarse para poner en espera el módulo 310 electrónico para información relacionada con la barrena 100 de perforación, tal como, por ejemplo, número de serie de la barrena, número de serie del módulo electrónico, versión del software, tiempo total transcurrido de la operación de la barrena, y otros datos a largo plazo de la barrena de perforación, que pueden almacenarse en el dispositivo 344 de memoria .

Cuando las válvulas 156, 187, 206 pueden ubicarse dentro del cuerpo 110 de la barrena 100 de perforación y el módulo 310 electrónico que opera las válvulas 156, 187, 206 puede ubicarse en el fuste 112 de la barrena 100 de perforación, el sistema de control para las almohadillas 128, 192, 212 retráctiles puede incluirse completamente dentro del barrena 100 de perforación.

En algunos métodos de operación de la barrena 100 de perforación, las almohadillas 128, 192, 212 retráctiles de la barrena 100 de perforación inicialmente pueden colocarse en una posición extendida, tal como una posición totalmente extendida, como se muestra en las FIGURAS 5A, 6A, y 7A. Con las almohadillas 128, 192, 212 retráctiles colocadas en una posición extendida, puede formarse un segmento curvado del pozo de sondeo con la barrena 100 de perforación utilizando técnicas de perforación direccionales, tales como hacia la transición desde un segmento vertical del pozo de sondeo hacia una orientación horizontal. En la posición extendida, las almohadillas 128, 192, 212 retráctiles pueden proporcionar una característica limitante de profundidad de corte que puede proporcionar una agresividad reducida de la barrena 100 de perforación que puede facilitar la perforación del pozo de sondeo curvado al limitar la exposición efectiva de las estructuras 122 de corte adyacentes a las almohadillas 128, 192, 212 retráctiles. En una modalidad, las almohadillas retráctiles se ubican sustancialmente dentro de la región C del cono de la barrena de perforación (FIGURA 3) , adyacente a la linea CL central (FIGURA 3) de la barrena 100 de perforación. Después que se perfora el segmento curvado del pozo de sondeo dentro del yacimiento, las almohadillas 128, 192, 212 retráctiles, entonces pueden retraerse en el cuerpo 110 de la barrena, incrementando la profundidad de corte y la agresividad de la barrena 100 de perforación al incrementar la exposición efectiva de las estructuras 122 de corte adyacentes a las almohadillas 128, 192, 212 retráctiles cuya agresividad incrementada puede facilitar la formación eficiente de un segmento sustancialmente recto del pozo de sondeo, tal como un segmento horizontal del pozo de sondeo al incrementar el ROP para una velocidad rotacional dada de la barrena 100 de perforación.

Para retraer las almohadillas 128, 192, 212 retráctiles, debe proporcionarse una señal al módulo 310 electrónico. En algunas modalidades, puede utilizarse una aceleración de la barrena 100 de perforación para proporcionar una señal al módulo 310 electrónico. Por ejemplo, la barrena 100 de perforación puede girarse a diversas velocidades, que pueden detectarse por lo acelerómetros del sensor 346 de aceleración. Una velocidad rotacional predeterminada, o una serie predeterminada (por .ejemplo, un patrón) de diversas velocidades giratorias dentro de un período de tiempo dado, pueden utilizarse para indicar al módulo 310 electrónico que retraiga las almohadillas 128, 192, 212 retráctiles. Para facilitar la detección segura de las aceleraciones que se correlacionan con la señal de velocidad rotacional predeterminada o con el patrón de señal por el módulo 310 electrónico, puede reducirse el peso sobre la barrena (WOB) , tal como a sustancialmente cero Kg (cero libras) de WOB.

En otras modalidades, otra fuerza que actúa sobre la barrena 100 de perforación puede utilizarse para proporcionar una señal al módulo 310 electrónico. Por ejemplo, la barrena 100 de perforación puede incluir un medidor de deformación en comunicación con el módulo 310 electrónico que puede detectar el WOB. Un WOB predeterminado, o una serie predeterminada (por ejemplo, un patrón) de WOB, pueden utilizarse para indicar al módulo 310 electrónico que retraiga las almohadillas 128, 192, 212 retráctiles. Para facilitar la detección segura del WOB que se correlaciona con la señal de WOB predeterminada por el módulo 310 electrónico, la velocidad rotacional de la barrena 100 de perforación puede mantenerse a una velocidad rotacional consistente (es decir, rotaciones consistentes por minuto (RPM) ) . En algunas modalidades, la velocidad rotacional de la barrena 100 de perforación puede mantenerse a una velocidad sustancialmente de cero RPM mientras que se detecta la señal de OB.

Después que el módulo 310 electrónico detecta la señal para retraer las almohadillas 128, 192, 212 retráctiles (por ejemplo, aceleraciones que se correlacionan con la velocidad rotacional predeterminada o deformación medida por el medidor de deformación que se correlaciona con la señal de WOB predeterminada) , puede proporcionarse una corriente eléctrica a las válvulas 156, 187, 206 que corresponden con las almohadillas 128, 192, 212 retráctiles y las válvulas 156, 187, 206 pueden abrirse, permitiendo fluido a través de las mismas. Por ejemplo, puede proporcionarse un circuito eléctrico entre el suministro 340 de energía (por ejemplo, una batería) del módulo 310 electrónico y las válvulas 156, 187, 206, cuando las válvulas 156, 187, 206 pueden requerir relativamente poca energía para operar (por ejemplo, las válvulas 156, 187, 206 pueden ser válvulas piezoeléctricas que pueden encontrarse normalmente en un modo cerrado y cada una utiliza alrededor de 5 watts de energía para abrirse) .

Después de enviar la señal o señales para retraer las almohadillas 128, 192, 212 retráctiles, puede aplicarse peso a la barrena 100 de perforación a través de la sarta 30 de perforación, y puede aplicarse una fuerza a · las almohadillas 128, 192, 212 retráctiles por el yacimiento subyacente. Después de abrir las válvulas 156, 187, 206, la fuerza aplicada a las almohadillas 128, 192, 212 retráctiles por el WOB en el yacimiento anterior sin perforar de la barrena 100 de perforación puede provocar que el fluido sustancialmente incompresible dentro del depósito 152, 189, 208 asociado para fluir fuera del depósito 152, 189, 208 a través de la válvula 156, 187, 206 y provocar que las almohadillas 128, 192, 212 retráctiles se retraiqan en el cuerpo 110 de la barrena, como se muestra en las FIGURAS 5B, 6B, y 7B. En modalidades que utilizan un ensamble 140 de cartucho abierto, el fluido incompresible puede fluir fuera del depósito 152 y mezclarse con el fluido de perforación en el cuerpo 110 de la barrena. En modalidades que utilizan un ensamble de cartucho 180, 200 con un segundo depósito 191, 204, el fluido incompresible puede fluir fuera del primer depósito 189, 208 y en el segundo depósito 191, 204, provocando que el volumen del segundo depósito 191, 204 se expanda, como se muestra en las FIGURAS 6B y 7B.

En algunas modalidades, las almohadillas 128, 192, 212 retráctiles pueden extenderse dentro del pozo de sondeo después que se han retraído. Para extender las almohadillas 128, 192, 212 retráctiles dentro del pozo de sondeo, otra señal, tal como una señal similar para, o como la misma, puede proporcionarse la señal para retraer las almohadillas 128, 192, 212 retráctiles al módulo 310 electrónico. Después de recibir la señal, puede proporcionarse una corriente eléctrica a las válvulas 156, 187, 206 que corresponden con las almohadillas 128, 192, 212 retráctiles y las válvulas 156, 187, 206 pueden abrirse, permitiendo fluid a través de las mismas. La barrena 100 de perforación puede colocarse fuera de la parte inferior del pozo de sondeo y el fluido de perforación puede bombearse en el canal 132 de fluido central de la barrena 100 de perforación. La presión de fluido dentro del canal 132 de fluido central de la barrena 100 de perforación entonces puede provocar que el fluido fluya a través de las válvulas 156, 187, 206 y en los depósitos 152, 189, 208 asociados, provocando que el volumen de los depósitos 152, 189, 208 se expanda y las almohadillas 128, 192, 212 retráctiles se extiendan desde una cara de la barrena. Después que las almohadillas 128, 192, 212 retráctiles se han movido a su posición extendida, tal como se muestra en las FIGURAS 5A, 6A, y 7 A, las válvulas 156, 187, 206 pueden cerrarse para mantener el volumen expandido de los depósitos 152, 189, 208, al mantener las almohadillas 128, 192, 212 retráctiles en la posición extendida, y puede comenzar la perforación.

In modalidades que incluyen un segundo depósito 191, 204, tal como se muestra en las FIGURAS 6A, 6B, 7A, y 7B, puede aplicarse presión al fluido en el segundo depósito 191, 204, tal como a través del segundo pistón 186 o a través del diafragma 202 flexible, por el fluido dentro del canal 132 de fluido central de la barrena 100 de perforación y el fluid dentro del segundo depósito 191, 204 puede fluir hacia el primer depósito 189, 208. En modalidades sin un segundo depósito 191, 204, el fluido de perforación puede dirigirse al fluido incompresible en el depósito 152 (FIGURA 5A) . En otras modalidades sin un segundo depósito 191, 204, el fluido de perforación puede utilizarse como el fluido incompresible. En tales modalidades, en donde el fluido de perforación se utiliza como el fluido incompresible, puede utilizarse un tamiz u otro medio de filtración (no mostrado) para inhibir los restos sólidos a que pasen a través de la válvula 156.

En modalidades adicionales, una barrena 400 de perforación, 500 que incluye almohadillas retráctiles 410, 510 puede configurarse para retraer selectivamente y extender las almohadillas retráctiles 410, 510 individuales de la barrena 400 de perforación, 500, respectivamente, como se muestra en las FIGURAS 12 y 13. En tales modalidades, puede utilizarse la extensión y retracción de las almohadillas retráctiles 410, 510 mientras se perfora para la perforación de un segmento curvado del pozo de sondeo al hacer variar la agresividad de las estructuras 122 de corte (FIGURA 2) en diferentes ubicaciones sobre una cara de la barrena.

En algunas modalidades, una barrena 400 de perforación puede incluir un pistón 402 en comunicación de fluido con cada almohadilla retráctil 410 y cada pistón 402 puede acoplarse a una placa 420 de lavado, como se muestra en la FIGURA 12. La placa 420 de lavado puede comprender una placa 422 superior y una placa 424 inferior, que giran en relación entre si en una interconexión 426. La placa 422 superior no puede girar en relación con el pozo de sondeo, y la placa 424 inferior puede girar con la barrena 400 de perforación. Por ejemplo, la placa 422 superior puede anexarse a una o más varillas 430 que evitan que la placa 422 superior gire en relación con el pozo de sondeo. Una pluralidad de pistones 402 puede acoplarse a la placa 424 inferior por una conexión articulada, tal como una conexión 440 de bola y enchufe, y la placa 424 inferior puede girar, junto con la barrena 400 de perforación y los pistones 402, en relación con la placa 422 superior. Los pistones 402 pueden extenderse en los calibres 450 en el cuerpo de la barrena 452 y encontrarse en comunicación de fluido con las almohadillas retráctiles 410.

En la operación, la placa 422 superior y la placa 424 inferior pueden inclinarse en relación con el eje longitudinal primario de la barrena 400 de perforación, tal como al manipular una o más de las varillas 430 unidas a la placa 422 superior, que pueden provocar que los pistones 402 sean recíprocos dentro de los calibres 450 en el cuerpo de barrena 452 después de la rotación de la barrena 400 de perforación. Los pistones 402 recíprocos entonces pueden provocar que las almohadillas retráctiles 410 se muevan hacia dentro y hacia afuera en relación con una cara de la barrena cuando la barrena 400 de perforación gira dentro del pozo de sondeo, como resultado de las fuerzas de presión hidráulica generadas por los pistones 402 recíprocos que actúan sobre las almohadillas 410 retráctiles. La placa 420 de lavado puede provocar que los pistones 402 se muevan hacia abajo y provocar que las almohadillas 410 retráctiles se extiendan cuando las almohadillas 410 retráctiles pasan un primer lado del pozo de sondeo y al moverse hacia arriba y provocar que las almohadillas 410 retráctiles se retraigan cuando las almohadillas 410 retráctiles pasan por un segundo lado del pozo de sondeo. En vista de esto, la profundidad de corte de la barrena 400 de perforación puede ser mayor en el segundo lado del pozo de sondeo que en el primer lado y la barrena 400 de perforación puede eliminar más material del segundo lado del pozo de sondeo y puede obtenerse la perforación direccional. Además, la dirección obtenida (por ejemplo, el grado de desviación desde una ruta recta) puede determinarse por el ángulo en que la placa 420 de lavado se orienta en relación con el eje longitudinal primario de la barrena 400 de perforación.

En otras modalidades, tal como se muestra en la FIGURA 13, cada almohadilla 510 retráctil de una barrena 500 de perforación puede encontrarse en comunicación de fluido con una válvula 520, tal como una válvula similar a la válvula descrita con referencia en la Patente de los Estados Unidos No. 5,553,678 para Barr et al., titulada "UNIDADES DE SESGO MODULADO PARA SISTEMAS DE PERFORACIÓN GIRATORIOS ORIENTABLES, " la descripción de la cual se incorpora para referencia en la presente en su totalidad. La válvula 5.20 puede acoplarse a una varilla 522 que puede evitar que la válvula 522 de gire en relación con el pozo de sondeo durante las operaciones de perforación. El cuerpo 530 de barrena puede incluir canales 532 de fluidos en el mismo para proporcionar una comunicación de fluido entre la válvula 520 y las almohadillas 510 retráctiles.

Adicionalmente, el cuerpo 530 de barrena puede incluir canales 534 de fluidos que proporcionan una comunicación de fluido entre la válvula 520 y un exterior de la barrena 500 de perforación. Como se muestra en la FIGURA 13, los canales 534 de fluidos pueden proporcionar una comunicación de fluido al exterior de la barrena 500 de perforación en una ubicación en o cerca de la región de calibres de la barrena 500 de perforación. En otras modalidades, los canales 534 de fluidos pueden dirigirse hacia abajo a través del cuerpo 530 de la barrena y proporcionar una comunicación de fluido al exterior de la barrena 500 de perforación a través de las toberas 118, ubicadas en la región de la cara de la barrena 500 de perforación. Los canales 532, 534 de fluidos formados a través del cuerpo 530 de barrena girarán con la barrena 500 de perforación durante las operaciones de perforación, por lo tanto, girarán en relación con la válvula 520. La válvula 520 puede configurarse con al menos dos regiones 540, 542 circunferenciales diferentes. Una primera región 540 circunferencial puede proporcionar una comunicación de fluido entre un paso 544 central de fluido en el cuerpo 530 de barrena y el paso 532 de fluido hacia una almohadilla 510 retráctil, mientras se bloquea una comunicación de fluido entre un paso 534 de fluido correspondiente entre el paso 544 central de fluido y el exterior de la barrena. 500 de perforación. Una segunda región 542 circunferencial de la válvula 520 puede proporcionar una comunicación de fluido entre una almohadilla 510 retráctil y una porción exterior de la barrena 500 de perforación, mientras que se evita una comunicación de fluido entre el paso 544 central de fluido y cualquiera de los canales 532 de fluidos y 534 que corresponden con la almohadilla 510 retráctil.

En la operación, el paso 544 central de fluido de la barrena 500 de perforación puede presurizarse en relación con un fluido que rodea el exterior de la barrena 500 de perforación. Cuando los canales 532 de fluidos y 534 que corresponden con una almohadilla 510 retráctil pasan la primera región 540 circunferencial de la válvula 520, la almohadilla 510 retráctil puede presurizarse. Durante el proceso de presurización (por ejemplo, cuando el canal 532 de fluido pasa por la primera región 540 circunferencial de la válvula 520), el canal 532 de fluido hacia la almohadilla 510 retráctil puede abrirse hacia el fluido presurizado dentro del paso 544 central de fluido de la barrena 500 de perforación y la almohadilla 510 retráctil puede extenderse en respuesta a la presión de fluido. Cuando la barrena 500 de perforación gira, los canales 532 de fluidos y 534 que corresponden con las almohadillas 510 retráctiles pasan la segunda región 542 circunferencial de la válvula 520 y una comunicación de fluido entre el canal 532 de fluido y el canal 534 de fluido se proporciona a través de la válvula 520, que resulta en ventilación. Durante el proceso de ventilación (por ejemplo, cuando el canal 532 de fluido pasa la segunda región 542 circunferencial de la válvula 520) , se proporciona una comunicación de fluido entre una almohadilla 510 retráctil y el exterior de la barrena 500 de perforación, la cual puede resultar en ventilación y una reducción en la. presión del fluido en comunicación con la almohadilla retráctil siendo reducida y la almohadilla 510 retráctil que se retrae. La válvula 520 puede orientarse en relación con un pozo de sondeo para provocar que las almohadillas 510 retráctiles se muevan hacia dentro en una ubicación que corresponde con un primer lado del pozo de sondeo y hacia fuera en relación con un segundo lado del pozo de sondeo cuando la barrena 500 de perforación gira dentro del pozo de sondeo. En vista de esto, la profundidad de corte de la barrena 500 de perforación puede ser mayor en el segundo lado del pozo de sondeo que en el primer lado y la barrena 500 de perforación puede eliminar más material del segundo lado del pozo de sondeo y puede obtenerse la perforación direccional. Además, la dirección obtenida (por ejemplo, el grado de desviación desde una ruta recta) puede determinarse por la posición de la válvula 520 en relación con el pozo de sondeo y la presión de fluido suministrada al paso 544 central de fluido de la barrena 500 de perforación.

Mientras que la presente invención se ha descrito en la presente con respecto a ciertas modalidades, aquellos con experiencia ordinaria en la técnica reconocerán y apreciarán que de este modo no se limitan. Más bien, muchas adiciones, supresiones y modificaciones a las modalidades descritas en la presente pueden hacerse sin apartarse del alcance de la invención como se reclama en lo sucesivo. Además, las características de una modalidad pueden combinarse con características de otra modalidad mientras que aún se abarquen dentro del alcance de la invención como se contempla por la invención.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Una herramienta de perforación terrestre, caracterizada porque comprende: al menos una cavidad en una cara de la herramienta de perforación terrestre; una almohadilla retráctil colocada en al menos una cavidad adyacente a la cara y que se acopla en un pistón ubicado al menos parcialmente dentro de al menos una cavidad; un fluido sustancialmente incompresible en contacto con el pistón y contenido dentro de un primer depósito; y una válvula colocada dentro de la herramienta de perforación terrestre y configurado para regular el flujo a través de una abertura del primer depósito.

2. La herramienta de perforación terrestre de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada además porque comprende un controlador colocado dentro de la herramienta de perforación terrestre y configurado para abrir selectivamente la válvula.

3. La herramienta de perforación terrestre de conformidad con la reivindicación 2, caracterizada porque el controlador se coloca dentro de un fuste de la herramienta de perforación terrestre.

4. La herramienta de perforación terrestre de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada además porque comprende un ensamble de cartucho que comprende el pistón y la válvula ubicada en al menos una cavidad.

5. La herramienta de perforación terrestre de conformidad con la reivindicación 4, caracterizada porque el ensamble de cartucho además comprende otro pistón.

6. La herramienta de perforación terrestre de conformidad con la reivindicación 5, caracterizada porque el ensamble de cartucho además comprende otro depósito que contiene un fluido sustancialmente incompresible en contacto con el otro pistón, y la válvula se coloca y se configura para regular el flujo de fluido incompresible entre al menos un depósito y otro depósito.

7. La herramienta de perforación terrestre de conformidad con la reivindicación 4, caracterizada porque la válvula se coloca y se configura para regular el flujo entre un depósito y el fluido del canal de perforación dentro de la herramienta de perforación terrestre.

8. La herramienta de perforación terrestre de conformidad con la reivindicación 7, caracterizada porque la válvula comprende una válvula piezoeléctrica .

9. La herramienta de perforación terrestre de conformidad con la reivindicación 4, caracterizada porque el ensamble de cartucho se asegura a la herramienta de perforación terrestre por una soldadura próxima a la cara.

10. La herramienta de perforación terrestre de conformidad con la reivindicación 4, caracterizada porque la válvula se cablea para una comunicación eléctrica con un módulo electrónico que comprende al menos un sensor ubicado dentro de la herramienta de perforación terrestre.

11. La herramienta de perforación terrestre de conformidad con la reivindicación 10, caracterizada porque al menos un sensor comprende al menos un acelerometro.

12. La herramienta de perforación terrestre de conformidad con la reivindicación 10, caracterizada porque al menos un sensor comprende al menos un medidor de deformación.

13. La herramienta de perforación terrestre de conformidad con la reivindicación 10, caracterizada porque la válvula se configura para accionarse por una fuente de energía del módulo electrónico.

14. La herramienta de perforación terrestre de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque el pistón comprende un soporte de . acero acoplado a la almohadilla retráctil que comprende un carburo, el soporte de acero comprende un casquillo de sellado.

15. Un cartucho para una herramienta de perforación terrestre, caracterizado porque el cartucho comprende: una pared de cilindro que define un primer calibre; un pistón que comprende al menos una almohadilla retráctil colocada al menos parcialmente dentro del primer calibre; un primer depósito dentro del primer calibre adyacente al pistón; una abertura hacia el primer depósito; y una válvula colocada y configurada para regular el flujo de fluido a través de la abertura.

16. El cartucho de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado además porque comprende: otra pared de cilindro que define un segundo calibre y que tiene un segundo depósito en el mismo colocado para una comunicación de fluido con el primer depósito a través de la válvula.

17. El cartucho de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado además porque comprende: un segundo pistón colocado dentro del segundo calibre adyacente al segundo depósito de fluido.

18. El cartucho de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado además porque comprende: un diafragma que encierra al menos una porción del segundo calibre adyacente al segundo depósito de fluido.

19. Una barrena de perforación terrestre, caracterizada porque comprende: una pluralidad de cavidades en una cara de una barrena de perforación terrestre; una almohadilla retráctil acoplada a un primer pistón ubicado al menos parcialmente dentro de cada cavidad de la pluralidad; un fluido sustancialmente incompresible en contacto con el primer pistón y contenido dentro de un primer depósito; una pluralidad de calibres en comunicación de fluido con la pluralidad de cavidades y en contacto con el fluido sustancialmente incompresible; un segundo pistón ubicado al menos parcialmente dentro de cada calibre de la pluralidad de calibres; y una placa de lavado acoplada operativamente a cada segundo pistón .

20. Un método para operar una herramienta de perforación terrestre, el método caracterizado porque comprende :¦ perforar un pozo de sondeo con una herramienta de perforación terrestre con al menos una almohadilla retráctil que se proyecta desde una cara de la herramienta de perforación terrestre adyacente al menos a una estructura de corte- abrir una válvula dentro de la herramienta de perforación terrestre para liberar un fluido desde un primer depósito colocado debajo de al menos una almohadilla retráctil y reducir la cantidad de proyección de al menos una almohadilla retráctil desde la cara de la herramienta de perforación terrestre mientras se encuentra dentro del pozo de sondeo; y reanudar la perforación después de reducir la cantidad de proyección de al menos una almohadilla retráctil desde la cara de la herramienta de perforación terrestre.

21. El método de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado además porque comprende detectar al menos un cambio en la velocidad rotacional de la herramienta de perforación terrestre y abrir la válvula en respuesta al cambio detectado en la velocidad rotacional de la herramienta de perforación terrestre.

22. El método de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado además porque comprende detectar al menos un cambio en peso sobre la herramienta de perforación terrestre y abrir la válvula en respuesta al cambio detectado en peso sobre la herramienta de perforación terrestre.

23. El método de conformidad con la reivindicación 21, caracterizado además porque comprende, mantener una velocidad rotacional de la herramienta de perforación terrestre mientras se detecta al menos un cambio en peso sobre la herramienta de perforación terrestre.

24. El método de conformidad con la reivindicación 23, caracterizado porque mantener la velocidad rotacional de la herramienta de perforación terrestre comprende mantener una velocidad rotacional que sustancialmente sean cero rotaciones por minuto.

25. El método de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado además porque comprende liberar fluido desde el primer depósito hacia el canal de fluido de perforación de la herramienta de perforación terrestre después de abrir la válvula.

26. El método de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado además porque comprende liberar fluido desde el primer depósito en un segundo depósito después de abrir la válvula.

27. El método de conformidad con la reivindicación 26, caracterizado además porque comprende mover un segundo pistón dentro de la herramienta de perforación terrestre en respuesta a la liberación de fluido desde el primer depósito.

28. El método de conformidad con la reivindicación 27, caracterizado además porque comprende desviar un diafragma dentro de la herramienta de perforación terrestre en respuesta a la liberación de fluido desde el primer depósito.

29. El método de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado además porque comprende: presurizar un fluido dentro de la herramienta de perforación terrestre mientras se coloca la herramienta de perforación terrestre fuera del fondo; abrir la válvula; y extender al menos una almohadilla retráctil.

30. Un método para formar un pozo de sondeo * 45 curvado, el método caracterizado porque comprende: extender al menos una almohadilla retráctil colocada dentro de una cara de una barrena de perforación en un primer lado de un pozo de sondeo mientras se perfora; y 5 retraer al menos una almohadilla retráctil en un segundo lado del pozo de sondeo mientras se perfora.