BR0306089B1 - "broca expandível para o uso em um furo de poço e método de formação de um furo de poço". - Google Patents

Description

BROCA EXPANSÍVEL PARA USO EM UM FURO DE POÇO E MÉTODO DE

FORMAÇÃO DE UM FURO DE POÇO

Campo da Invenção A presente invenção se refere, geralmente, à construção de furos de poço. Mais particularmente, a invenção se refere a um aparelho e um método para a desativação de uma ferramenta de fundo de poço. Mais particularmente ainda, a invenção se refere a uma broca expansivel com um dispositivo de liberação secundário.

Descrição da Técnica Relacionada Na perfuração de poços de óleo e gás, um furo de poço é formado usando-se uma broca de perfuração que é forçada para baixo em uma extremidade inferior de uma coluna de perfuração. A broca de perfuração, geralmente, inclui uma porção de corpo para fixação da broca de perfuração à coluna de perfuração e uma porção de coroa para a formação do furo de poço. Após a perfuração a uma profundidade predeterminada, a coluna de perfuração e a broca de perfuração são removidas, e o furo de poço é revestido com uma coluna de tubo de aço, denominada revestimento. 0 revestimento, tipicamente, inclui um diâmetro externo menor do que a broca de perfuração que formou o furo de poço. O revestimento provê suporte para o furo de poço e facilita o isolamento de certas áreas do furo de poço adjacentes a formações portando hidrocarboneto. 0 revestimento, tipicamente, se estende para baixo pelo furo de poço a partir da superfície do poço até uma profundidade designada. Uma área anular, assim, é definida entre o exterior do revestimento e a formação do terreno. Esta área anular é preenchida com cimento, para se assentar permanentemente o revestimento no furo de poço e facilitar o isolamento de zonas de produção e fluidos em profundidades diferentes no furo de poço.

Em uma operação de completação convencional, é comum empregar mais de uma coluna de revestimento em um furo de poço. Nesse sentido, o poço é perfurado até uma segunda profundidade designada de um diâmetro menor, e uma segunda coluna de revestimento, ou revestimento, é passada pela porção perfurada do furo de poço. A segunda coluna é assentada a uma profundidade tal que a porção superior da segunda coluna de revestimento se sobreponha à porção inferior da primeira coluna de revestimento e, então, cimentada no lugar. Este processo, tipicamente, é repetido com colunas de revestimento adicionais até o poço ter sido perfurado até uma profundidade total. Conforme mais colunas de revestimento são assentadas no furo de poço, as colunas de revestimento se tornam progressivamente menores no diâmetro, de modo a se adaptarem na coluna de revestimento anterior. Na operação de completação convencional, as brocas de perfuração devem ser progressivamente menores conforme o diâmetro de cada coluna de revestimento diminui, de modo a se adaptarem na coluna de revestimento anterior.

De tempos em tempos, por uma variedade de razões, é necessário formar uma porção de um furo de poço que é pelo menos tão grande quanto a seção do furo de poço revestido acima dela. Por exemplo, um monofuro de poço consiste em uma sequência de revestimentos expansíveis que são passados através do revestimento existente, então, expandidos para a obtenção do mesmo furo passante pós-expansão. Na formação do monofuro de poço, a porção do furo de poço abaixo da porção revestida deve ser tão grande quanto a seção do furo de poço revestida acima dela. Há uma variedade de métodos diferentes de formação de um furo de poço aumentado. Um desses métodos é pelo posicionamento de um escareador convencional atrás da broca de perfuração, para corte do furo de poço aumentado. Nesta configuração de perfuração, a broca de perfuração atua como uma broca piloto para o corte da área de seção transversal interna, enquanto o escareador aumenta a área de seção transversal. Geralmente, o escareador convencional inclui vários braços expansíveis que se movem entre uma posição fechada e uma posição aberta. A capacidade do escareador convencional de abrir e fechar os braços permite que o escareador na posição fechada e a broca piloto viajem através de um revestimento de diâmetro menor. Após passar através do revestimento, o escareador pode ser aberto para a formação de um furo de diâmetro aumentado abaixo da ponteira do revestimento, resultando em um furo de poço igual ou maior do que o furo perfurado original. Após isso, o furo de poço aumentado pode ser revestido com revestimentos expansíveis. Este procedimento de formação do furo de poço, embora efetivo, pode consumir tempo e ser dispendioso.

Nos últimos anos, brocas de dois centros foram desenvolvidas como uma alternativa para o escareador convencional. Geralmente, a broca de dois centros inclui elementos de corte deslocados montados em intervalos regulares em torno da coroa da broca. Conforme a broca de dois centros é girada, os elementos de corte deslocados giram para a formação de um furo de poço aumentado. Embora este método de formação de um furo de poço aumentado esteja se tornando mais comum, as brocas de dois centros são instáveis, devido a sua estrutura irregular e tendem a ser mais difíceis de controlar para fins direcionais do que as brocas de perfuração comuns. Adicionalmente, as brocas de dois centros podem não perfurar o diâmetro varrido esperado dos coxins excêntricos, os quais escareiam o furo piloto criado pela coroa.

Mais recentemente, uma broca expansível foi usada para a formação de uma porção aumentada do furo de poço. A broca expansível foi introduzida para se vencerem as deficiências no escareador convencional e na broca de dois centros. Um exemplo de uma broca expansível é mostrado na Publicação Internacional Número WO 01/81708 Al, a qual é incorporada aqui em sua totalidade. Similar ao escareador convencional, a broca de perfuração inclui um conjunto de lâminas que se movem entre uma posição aberta e uma posição fechada.

Geralmente, um fluido hidráulico escoando através do centro da broca expansível controla o movimento das lâminas entre a posição aberta e a fechada. Uma discussão mais detalhada da broca expansível será descrita nos parágrafos subseqüentes.

Embora a broca expansível elimine muitas das deficiências no escareador convencional e na broca de dois centros, ainda existe um problema com o uso da broca expansível para a formação de um furo de poço aumentado. O problema inclui a possibilidade de a broca expansível ficar agarrada na posição aberta, devido a algum evento não previsto, tal como uma falha no escoamento de fluido hidráulico ou detrito, que faça com que as lâminas se tornem emperradas. Por exemplo, o fluido hidráulico usado para operação da ferramenta pode conter detrito e outras partículas pequenas intermisturadas com a porção de fluido.

Conforme o fluido hidráulico flui através da broca expansível, o detrito se acumula dentro da ferramenta e eventualmente pode afetar o fechamento da broca expansível. 0 problema resulta na broca expansível sendo agarrada no fundo de poço, porque a broca expansível não pode viajar através do revestimento na posição aberta. Quando este problema ocorre, um operador tem várias opções, embora cada opção tenha inconvenientes significativos. Uma opção é remover a coluna de revestimento cimentada para se acessar a broca expansível agarrada. Esta opção consome muito tempo e é cara. Uma outra opção é cortar a coluna de perfuração e deixar a broca expansível agarrada no fundo de poço. Após isso, o operador pode perfurar em torno da broca expansível agarrada ou "desviar" o poço. Embora esta opção seja menos destrutiva do que a opção anterior, a perfuração em torno de uma obstrução requer ferramentas de fundo de poço especiais, que podem não estar disponíveis no local do poço. Uma outra opção é fresar através da broca expansível agarrada. Esta opção é problemática, porque a broca expansível é construída a partir de um material endurecido, resultando em uma operação de fresagem difícil, que requer a substituição da ferramenta de fresagem múltiplas vezes.

Tendo em vista a deficiência da broca expansível de perfuração, existe, portanto, uma necessidade de uma broca expansível com um dispositivo de liberação, que permita que uma broca expansível se mova para a posição fechada, no caso de detritos forçarem as lâminas a permanecerem abertas. Ainda há uma necessidade adicional de uma broca expansível melhorada.

Sumário da Invenção A presente invenção, geralmente, se refere a um aparelho e um método de formação de um furo de poço. Em um aspecto, uma broca expansível para uso em um furo de poço é provida. A broca expansível inclui um corpo e um conjunto de lâmina disposto no corpo. O conjunto de lâmina é móvel entre uma posição fechada, por meio do que a broca expansível tem um diâmetro externo menor e uma posição aberta, por meio do que a broca expansível tem um diâmetro externo maior. A broca expansível ainda inclui um conjunto liberável para a provisão de um meio secundário para se mover o conjunto de lâmina da posição aberta para a posição fechada.

Em um outro aspecto, um método de formação de um furo de poço é provido. O método inclui abaixar uma coluna de perfuração com uma broca expansível na extremidade da mesma através de um furo de poço previamente formado. A broca expansível inclui um corpo, um conjunto de lâmina disposto no corpo e um conjunto liberável para provisão de um segundo meio para se mover o conjunto de lâmina da posição aberta para a posição fechada. O método ainda inclui fazer com que a broca expansível se mova da posição fechada para a posição aberta e girar a broca expansível para a formação de uma porção inferior do furo de poço. O método também inclui a aplicação de uma força axial à broca expansível e ao conjunto de liberação, para se mover o conjunto de lâmina para a posição fechada e remoção da coluna de perfuração e da broca expansível do furo de poço.

Ainda em um outro aspecto, um aparelho expansível para uso na formação de um furo de poço é provido. 0 aparelho expansível inclui um corpo e elementos de corte dispostos no corpo, os elementos de corte móveis entre uma posição contraída e uma posição expandida. 0 aparelho expansível ainda inclui um elemento de liberação que pode ser reassentado, para se permitir que os elementos de corte se movam entre a posição expandida e a posição contraída.

Em um outro aspecto, um método para a perfuração de uma porção de um furo de poço é provido. O método inclui baixar um aparelho de corte expansível no furo de poço e expandir o aparelho de corte expansível. O método também inclui girar o aparelho de corte expansível e a perfuração de uma porção do furo de poço e a contração do aparelho de corte expansível.

Breve Descricão dos Desenhos De maneira tal que os aspectos citados acima da presente invenção possam ser compreendidos em detalhes, uma descrição mais particular da invenção, brevemente resumida acima, pode ser tida por uma referência às modalidades, algumas das quais sendo ilustradas nos desenhos em apenso. É para ser notado, contudo, que os desenhos em apenso ilustram apenas modalidades típicas desta invenção e, portanto, não devem ser considerados como limitantes de seu escopo, pois a invenção pode admitir outras modalidades igualmente efetivas. A Figura 1 é uma vista em seção transversal que ilustra uma broca expansível disposta em uma extremidade inferior de uma coluna de perfuração em um furo de poço parcialmente revestido. A Figura 2 é uma vista em seção transversal que ilustra a broca expansível formando uma porção inferior de um furo de poço. A Figura 3 é uma vista em seção transversal que ilustra a ativação de um conjunto de liberação. A Figura 4 é uma vista em seção transversal que ilustra um cilindro hidráulico se movendo axialmente para cima para liberação de um alojamento de pivô de lâmina. A Figura 5 é uma vista em seção transversal que ilustra a broca expansível sendo removida do furo de poço. A Figura 6A é uma vista em seção transversal que ilustra uma broca expansível com um conjunto de liberação que pode ser reassentado. A Figura 6B é uma vista aumentada do conjunto de liberação que pode ser reassentado. A Figura 7A é uma vista em seção transversal que ilustra a ativação do conjunto de liberação que pode ser reassentado. A Figura 7B é uma vista aumentada do conjunto de liberação que pode ser reassentado. A Figura 8A é uma vista em seção transversal que ilustra a broca expansível após o conjunto de liberação que pode ser reassentado liberar o alojamento de pivô de lâmina. A Figura 8B é uma vista aumentada do conjunto de liberação que pode ser reassentado.

Descrição Detalhada da Modalidade Preferida A presente invenção se refere a um conjunto de liberação secundário para uma broca expansível. Geralmente, o conjunto de liberação é construído e disposto para liberar braços de lâmina da broca expansível mediante a aplicação de uma força à broca expansível. A Figura 1 é uma vista em seção transversal que ilustra a broca expansível 100 disposta na extremidade inferior de uma coluna de perfuração 145 e no furo de poço de passagem 150. Como ilustrado, o furo de poço 150 é revestido com um revestimento 135. Geralmente, a broca expansível 100 pode se mover entre uma posição aberta e uma posição fechada. Na posição aberta (Figura 2) , os braços 190 na extremidade inferior da broca expansível 100 são expandidos para fora, enquanto na posição fechada os braços 190 são contraídos para dentro. Os braços 190 são afixados a um alojamento de pivô de lâmina 155 por uma pluralidade de pinos de articulação 175. Os pinos de articulação 175 permitem que os braços 190 oscilem para fora a partir de um corpo 125 da broca 100. Os braços 190 incluem uma pluralidade de elementos de corte 210, feitos de um material rígido, tal como carboneto de tungstênio ou diamante policristalino. Os braços 190 são construídos e dispostos para se permitir que os elementos de corte 210 contatem e perfurem o terreno, quando os braços 190 forem expandidos para fora e não escareiem o furo de poço ou o revestimento 135 circundante, quando os braços 190 estiverem contraídos para dentro. Cada braço 190 pode portar uma fileira única ou dupla de elementos de corte 210, dependendo da configuração de perfuração desejada.

Como mostrado na Figura 1, os bocais 185 são dispostos na extremidade inferior do corpo 125. Os bocais 185 estão em comunicação de fluido com um orifício 205 definido no corpo 125 para comunicação de fluido através da broca expansível 100 e permitir um jateamento do fluido de perfuração durante a operação de perfuração, para remoção de qualquer corte acumulado que possa se acumular na frente dos braços 190. Os bocais 185 também são usados para a criação de um diferencial de pressão hidráulica no orifício 205 da broca expansível 100, de modo a fazer com que os braços 190 se expandam para fora, como será discutido aqui.

Um movimento dos braços 190 da posição contraída para a posição expandida ocorre quando um diferencial de pressão hidráulica criado através dos bocais 185 faz com que um cilindro hidráulico 120 se mova axialmente para cima passando os braços 190 sobre um cabeçote 180. Geralmente, conforme o fluido é bombeado através da broca expansível 100, os bocais 185 restringem o escoamento de fluido, causando o diferencial de pressão hidráulica e forçando uma porção de fluido através da janela 110 formada no corpo 125, para se preencher uma câmara 105 definida entre o cilindro hidráulico 120 e um pistão interno 115. Conforme a câmara 105 é preenchida com fluido, o volume da câmara 105 aumenta, fazendo com que o cilindro hidráulico 120 se mova axialmente para cima, comprimindo um elemento de orientação 140. Ao mesmo tempo, o cilindro hidráulico 120 retira o alojamento de pivô de lâmina 155 axialmente para cima, desse modo puxando os braços 190 sobre o cabeçote 180.

Desta maneira, a força axial criada no alojamento de pivô de lâmina 155 pelo cilindro hidráulico 12 0 faz com que os braços 190 se pivotem para fora em pinos 175 para a posição expandida e permaneçam na posição expandida desde que o diferencial de pressão hidráulica seja mantido no corpo 125 da broca expansível 100. Adicionalmente, pinos de guia 160 atuam sobre as fendas 170 usinadas nos braços 190, para se garantir que os braços 190 retornem para a posição fechada, mediante a remoção do diferencial de pressão hidráulica.

Geralmente, a redução de escoamento de fluido reduz o diferencial de pressão criado pelos bocais 185, desse modo fazendo com que a pressão de fluido na câmara 105 seja reduzida para uma pressão hidrodinâmica abaixo daquela requerida para se comprimir o elemento de orientação 140.

Em outras palavras, a redução do escoamento de fluido permite que o elemento de orientação 140 se expanda e force o cilindro hidráulico 120 e o alojamento de pivô de lâmina 155 axialmente para baixo empurrando os braços 190 sobre o cabeçote 180 e para a posição contraída.

Além disso, para se moverem os braços 190 hidraulicamente, a broca expansível 100 também inclui um conjunto de liberação 200. O conjunto de liberação 200 é geralmente usado no caso de os braços 190 falharem em se moverem para a posição contraída pelos meios previamente descritos. Em uma modalidade, o conjunto de liberação 200 é uma conexão roscada entre o cilindro hidráulico 120 e o alojamento de pivô de lâmina 155. Como ilustrado na Figura 1, as roscas usinadas no cilindro hidráulico 120 são combinadas com roscas usinadas no alojamento de pivô de lâmina 155, para a formação da conexão roscada. As roscas no cilindro hidráulico 120 e no alojamento de pivô de lâmina 155 são usadas para uma tolerância de ajuste apertada. As roscas são construídas e dispostas para falharem ou cisalharem quando uma força axial é aplicada à broca expansível 100 para ativação do conjunto de liberação 200, desse modo permitindo-se que o alojamento de pivô de lâmina 155 se mova axialmente para baixo como será discutido aqui.

Al temat ivamente, outras formas de elementos de cisalhamento podem ser empregadas no conjunto de liberação 200, desde que eles sejam capazes de cisalharem a uma força predeterminada. Por exemplo, um pino de cisalhamento (não mostrado) pode ser colocado entre o cilindro hidráulico 120 e o alojamento de pivô de lâmina 155. O pino de cisalhamento pode ser construído e disposto para falhar em uma força axial predeterminada. Geralmente, um pino de cisalhamento é uma peça curta de bronze ou aço, que é usado para retenção dos componentes deslizantes em uma posição fixa até uma força suficiente ser aplicada para se romper o pino. Uma vez que o pino seja cisalhado, os componentes, então, se movem para operarem ou fazerem funcionar a ferramenta. A Figura 2 é uma vista em seção transversal que ilustra a broca expansível 100 formando uma porção inferior do furo de poço 150. Após a broca expansível 100 ser colocada em um local desejado no furo de poço furo de poço 150, a broca expansível 100 pode ser colocada na posição aberta pelo bombeamento de fluido através da broca expansível 100. Após isso, a coluna de perfuração 145 e a broca expansível 100 são giradas e forçadas axialmente para baixo para a formação da porção inferior do furo de poço 150 .

Na Figura 2, a broca expansível 100 é mostrada na posição aberta e o fluido é usado para se manter uma força hidráulica no pistão interno 115 e no cilindro hidráulico 120. O cilindro hidráulico 120 mantém os braços 190 na posição expandida, como discutido em um parágrafo anterior.

Além do cilindro hidráulico 120, a carga de perfuração da broca expansível 100 também mantém os braços 190 na posição expandida. Há muitas condições de furo de poço não divisadas ou de falha de equipamento que podem levar aos braços 190 ficarem agarrados na posição expandida. Por exemplo, um fluido de perfuração bombeado através da broca expansível 100 pode conter detritos ou outras pequenas partículas intermisturadas com a porção de fluido. O detrito coleta a câmara 105 conforme mais fluido entra na câmara 105, para a criação da força hidráulica requerida para se mover o cilindro hidráulico 120 axialmente para cima. O detrito não necessariamente afeta a operação de perfuração enquanto os braços 190 são mantidos na posição expandida, como mostrado na Figura 2. Entretanto, após a operação de perfuração estar completada, os detritos, tipicamente, impedirão a câmara 105 de diminuir de volume, após o escoamento de fluido ser reduzido, desse modo impedindo qualquer movimento axial do cilindro hidráulico 120. A Figura 3 é uma vista em seção transversal que ilustra a ativação do conjunto de liberação 200. Como mostrado, os braços 190 estão na posição expandida, desse modo impedindo a remoção da broca expansível 100 do furo de poço 150, devido ao seu diâmetro externo. Como discutido previamente, várias condições de furo de poço não divisadas ou de falha de equipamento podem levar os braços 190 a ficarem agarrados na posição expandida. Para ativação do conjunto de liberação 200, a coluna de perfuração 145 e a broca expansível 100 são puxadas axialmente para cima, permitindo que os braços 190 contatem uma extremidade inferior do revestimento 135. Conforme a coluna de perfuração 145 e a broca expansível 100 continuam a ser puxadas para cima, uma força axial é criada no conjunto de liberação 200. A uma força predeterminada, a conexão roscada entre o cilindro hidráulico 120 e o alojamento de pivô de lâmina 155 falha, ativando o conjunto de liberação 200 . A Figura 4 é uma vista em seção transversal que ilustra o cilindro hidráulico 120 se movendo axialmente para cima para liberação do alojamento de pivô de lâmina 155. Após o conjunto de liberação 200 ser ativado, o cilindro hidráulico 120 continua a se mover axialmente para cima até as roscas no cilindro hidráulico 120 e as roscas no alojamento de pivô de lâmina 155 não estarem mais encaixadas. Neste ponto, o alojamento de pivô de lâmina 155 pode se mover axialmente para baixo, empurrando os braços 190 sobre o cabeçote 180 e subseqüentemente movendo-se para a posição contraída, como mostrado na Figura 5. A Figura 5 é uma vista em seção transversal que ilustra a broca expansível 100 sendo removida do furo de poço 150. Como mostrado, as roscas no cilindro hidráulico 120 não contatam mais as roscas no alojamento de pivô de lâmina 155 e a câmara 105 permanece no estado expandido.

Como mostrado adicionalmente, os braços 190 estão na posição contraída, desse modo permitindo que a broca expansível 100 seja removida do furo de poço 150.

Embora a modalidade nas Figuras 1 a 5 ilustre a broca expansível 100 com um conjunto de liberação 200 de uma vez, uma broca expansível com um conjunto de liberação que pode ser usado múltiplas vezes também pode ser empregado no furo de poço 150. As Figuras 6A e 6B são vistas em seção transversal que ilustram uma broca expansível 300 com um conjunto de liberação que pode ser reassentado 350. Por conveniência, os componentes na broca expansível 300 que forem similares aos componentes na broca expansível 100 serão referenciados pelos mesmos números. Geralmente, o conjunto de liberação que pode ser reassentado 350 permite que o alojamento de pivô de lâmina 155 contraia os braços 190 mediante uma aplicação de uma força axial e, após isso, permite que o alojamento de pivô de lâmina 155 expanda os braços 190 mediante aplicação de uma força axial oposta. Em outras palavras, o conjunto de liberação que pode ser reassentado 350 permite que o alojamento de pivô de lâmina 155 libere os braços 190 múltiplas vezes.

Como ilustrado na Figura 6B, o conjunto de liberação que pode ser reassentado 350 inclui um anel partido 305 com uma borda inclinada 310. Geralmente, o anel partido 305 é construído de um material metálico que orienta o anel partido 305 radialmente para fora. Durante uma operação da broca expansível 300, o anel partido 305 é disposto em uma ranhura 330 formada no cilindro hidráulico 120. A ranhura 33 0 inclui uma borda inclinada 335 que combina com a borda inclinada 310 formada no anel partido 305. Adicionalmente, um orifício roscado 340, disposto adjacente à ranhura 330, permite que um parafuso (não mostrado) force o anel partido 305 radialmente para dentro para desmontagem manual do conjunto de liberação que pode ser reassentado 350.

As Figuras 7A e 7B são uma vista em seção transversal que ilustra a ativação do conjunto de liberação que pode ser reassentado 350. Como mostrado, os braços 190 estão na posição expandida, desse modo impedindo a remoção da broca expansível 300 do furo de poço 150, devido ao seu diâmetro externo. Como discutido previamente, várias condições de furo de poço não divisadas ou de falha de equipamento podem levar os braços 190 a ficarem agarrados na posição expandida. Para ativação do conjunto de liberação que pode ser reassentado 350, a coluna de perfuração 145 e a broca expansível 300 são puxadas axialmente para cima, permitindo que os braços 190 contatem uma extremidade inferior do revestimento 135. Conforme a coluna de perfuração 145 e a broca expansível 300 continuam a ser puxadas para cima, uma força axial é criada no conjunto de liberação que pode ser reassentado 350. A força axial faz com que o cilindro hidráulico 120 se mova axialmente para longe do alojamento de pivô de lâmina 155. Ao mesmo tempo, a borda inclinada 335 no cilindro hidráulico 120 atua contra a borda inclinada 310 formada no anel partido 305, fazendo com que o anel partido 3 05 se mova radialmente para dentro em direção a uma ranhura de pistão 320 formada no pistão 315.

As Figuras 8A e 8B são uma vista em seção transversal que ilustra a broca expansível 300, após o conjunto de liberação que pode ser reassentado 350 liberar o alojamento de pivô de lâmina 155. Como mostrado, o anel partido 305 se moveu radialmente para dentro para a ranhura de pistão 320, e uma extremidade do cilindro hidráulico 120 é disposta adjacente à ranhura de pistão 320, desse modo contendo o anel partido 305 na ranhura de pistão 320. Também mostrado, a câmara 105 permanece no estado expandido, enquanto os braços 190 estão na posição contraída, permitindo que a broca expansível 300 seja puxada através do revestimento 135 ou de uma outra obstrução. Após a broca expansível livrar-se do revestimento 135 ou de uma outra obstrução, a broca expansível 300 pode ser reassentada pela aplicação d uma força axial para baixo na broca expansível 300. A força axial faz com que o cilindro hidráulico 120 se mova axialmente para baixo, alinhando a ranhura 330 no cilindro hidráulico 120 com a ranhura de pistão 320 no pistão 315.

Neste ponto, o anel partido 305 orientado para fora se expande radialmente para fora na ranhura 33 0, e o alojamento de pivô de lâmina 155 faz com que os braços 190 se movam da posição contraída para a posição expandida, como ilustrado previamente na Figura 6A. Desta maneira, o conjunto de liberação que pode ser reassentado 350 permite que os braços 190 se movam da posição expandida para a posição contraída e, após isso, sejam reassentados sem se remover a broca expansível 300 do furo de poço 150.

Em operação, a broca expansível é afixada na extremidade inferior de uma coluna de perfuração. Após isso, a coluna de perfuração e a broca expansível são colocadas em um local desejado no furo de poço, e um fluido é bombeado através da broca expansível. Conforme o fluido escoa através da broca expansível, os bocais restringem o escoamento, causando um diferencial de pressão hidráulica no furo de poço da broca expansível. O diferencial de pressão hidráulica força uma porção de fluido através de uma janela no corpo da broca expansível para se preencher uma câmara definida entre o cilindro hidráulico e o pistão interno. Conforme a câmara preenche o fluido, o volume da câmara aumenta, fazendo com que um cilindro hidráulico se mova axialmente para cima, comprimindo um elemento de orientação. Ao mesmo tempo, o cilindro hidráulico recolhe o alojamento de pivô de lâmina para cima, desse modo puxando os braços sobre o cabeçote e para a posição expandida.

Subseqüentemente, a coluna de perfuração e a broca expansível são giradas, enquanto sendo forçadas axialmente para baixo, para formarem a porção inferior do furo de poço.

Após a operação de perfuração, a broca expansível é tipicamente fechada hidraulicamente pela redução do escoamento de fluido através da broca expansível.

Geralmente, a redução de escoamento de fluido reduz o diferencial de pressão criado pelos bocais, desse modo fazendo com que a pressão de fluido na câmara seja reduzida para uma pressão hidrodinâmica abaixo daquela requerida para se comprimir o elemento de orientação. Em outras palavras, a redução do escoamento de fluido permite que o elemento de orientação se expanda e force o cilindro hidráulico e o alojamento de pivô de lâmina axialmente para baixo, empurrando os braços sobre o cabeçote e para a posição contraída. Entretanto, há várias condições de furo de poço não divisadas ou uma falha de equipamento que podem levar os braços a ficarem agarrados na posição expandida, desse modo requerendo a ativação do conjunto de liberação.

Para ativação do conjunto de liberação, a coluna de perfuração e a broca expansível são puxadas axialmente para cima, permitindo que os braços contatem uma extremidade inferior do revestimento ou uma outra obstrução. Conforme a coluna de perfuração e a broca expansível continuam a ser puxadas para cima, uma força axial é criada no conjunto de liberação. A uma força predeterminada, a conexão roscada entre o cilindro hidráulico e o alojamento de pivô de lâmina falha, desse modo permitindo a ativação do conjunto de liberação. Neste ponto, o alojamento de pivô de lâmina é deixado se mover axialmente para baixo, empurrando os braços sobre o cabeçote e na posição contraída. Desta maneira, a broca expansível se move para a posição fechada, permitindo que ela seja removida do furo de poço.

Embora o precedente seja dirigido a modalidades da presente invenção, outras modalidades e modalidades adicionais da invenção podem ser divisadas, sem se desviar do escopo básico da mesma, e o escopo da mesma é determinado pelas reivindicações que se seguem.

Claims (16)

1. Broca expansivel (100) para uso em um furo de poço (150), compreendendo: um corpo (125) ; um conjunto de lâmina disposto no corpo (125), o conjunto de lâmina móvel entre uma posição fechada, onde a broca expansivel (100) tem um diâmetro externo menor, e uma posição aberta onde a broca expansivel (100) tem um diâmetro externo maior; e um conjunto de liberação (200) para permitir que o conjunto de lâmina se mova da posição aberta para a posição fechada; a broca expansivel (100) sendo CARACTERIΖΑΡΑ pelo fato de que o conjunto de liberação (200) compreende uma conexão de cisalhamento entre o corpo (125) e o conjunto de lâmina.

2. Broca expansivel (100), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIΖΑΡΑ pelo fato de uma força axial predeterminada aplicada à broca expansivel (100) ativar a conjunto de liberação (200) .

3. Broca expansivel (100), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERI ΖΑΡΑ pelo fato de o conjunto de liberação (200) ser disposto entre o conjunto de lâmina e o corpo (125).

4. Broca expansivel (100), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERI ΖΑΡΑ pelo fato de a conexão de cisalhamento ser formada pelo encaixe de um meio de conexão no corpo (125) com um meio de conexão combinado no conjunto de lâmina.

5. Broca expansivel (100), de acordo com a reivindicação 4, CARACTERI ΖΑΡΑ pelo fato de o meio de conexão e o meio de conexão combinado serem construídos e dispostos a partir de pelo menos uma rosca.

6. Broca expansível (100), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIΖΑΡΑ pelo fato de o conjunto de liberação (200) compreender um pino de cisalhamento conectando o corpo (125) ao conjunto de lâmina.

7. Broca expansível (100), de acordo com a reivindicação 6, CARACTERIΖΑΡΑ pelo fato de uma força axial predeterminada fazer com que o pino de cisalhamento falhe, permitindo que o conjunto de lâmina se mova da posição aberta para a posição fechada.

8. Método de formação de um furo de poço (150), compreendendo as etapas de: baixar uma coluna de perfuração com uma broca expansível (100) na extremidade da mesma através de uma porção de primeiro diâmetro de um furo de poço (150) , a broca expansível (100) incluindo: um corpo (125); elementos de corte (210) dispostos no corpo (125), os meios de corte móveis entre uma posição contraída e uma posição expandida; e um conjunto de liberação (200) para se permitir que os elementos de corte (210) se movam da posição expandida para a posição contraída, CARACTERIZADO pelo fato de o conjunto de liberação (200) compreender uma conexão de cisalhamento entre o corpo (125) e os elementos de corte (210); o método compreendo adicionalmente as etapas de: fazer com que a broca expansível (100) se mova da posição contraída para a posição expandida; girar a broca expansível (100) para a formação de uma porção do furo de poço (150); operar o conjunto de liberação (200) para se moverem os elementos de corte (210) para a posição contraída; e remover a coluna de perfuração e a broca expansível (100) do furo de poço (150).

9. Método, de acordo com a reivindicação 8, CARACTERIZADO pelo fato de ainda incluir o bombeamento de fluido através da broca expansível (100).

10. Método, de acordo com a reivindicação 9, CARACTERI ZADO pelo fato de ainda incluir a criação de um diferencial de pressão em um orifício do corpo (125), para se abrirem os elementos de corte (210).

11. Método, de acordo com a reivindicação 10, CARACTERI ZADO pelo fato de ainda incluir a redução do escoamento de fluido através da broca expansível (100).

12. Método, de acordo com a reivindicação 11, CARACTERI ZADO pelo fato de a conexão de cisalhamento ser formada pelo encaixe de um meio de conexão no corpo (125) com um meio de conexão combinado nos elementos de corte (210) .

13. Método, de acordo com a reivindicação 12, CARACTERI ZADO pelo fato de o meio de conexão e o meio de conexão combinado serem construídos e dispostos a partir de pelo menos uma rosca.

14. Método, de acordo com a reivindicação 8, CARACTERI ZADO pelo fato de o conjunto de liberação (200) compreender um pino de cisalhamento que conecta o corpo (125) aos elementos de corte (210).

15. Método, de acordo com a reivindicação 14, CARACTERI ZADO pelo fato de uma força axial predeterminada cisalhar o pino de cisalhamento, fazendo com que os elementos de corte (210) se movam da posição expandida para a posição contraída.

16. Método, de acordo com a reivindicação 8, CARACTERIZADO pelo fato de ainda incluir a aplicação de uma força axial à broca expansível (100) para operação do conjunto de liberação (200).