BRPI0919066B1

BRPI0919066B1 - Aparelho de perfuração.

Info

Publication number: BRPI0919066B1
Application number: BRPI0919066-0A
Authority: BR
Inventors: John Kosovich
Original assignee: Jfk Equipament Limited
Priority date: 2008-09-17
Filing date: 2009-09-17
Publication date: 2019-05-21
Also published as: AU2009217364A1; ZA201102816B; RU2524725C2; EP2337919A4; CL2011000555A1; RU2011114669A; AU2009217364B2; CA2774457A1; BRPI0919066A2; CN102216552A; JP2013505376A; WO2010033041A1; PE20110897A1; EP2337919A1; US8887835B2; CA2774457C; EP2337919B1; CN102216552B; US20120061142A1; JP5602141B2

Abstract

aparelho de perfuração a presente invenção refere-se a um aparelho de perfuração por percussão do tipo "furo abaixo" hidráulica (dht) para perfuração de furos em um terreno. os aparelhos de perfuração tipo dth conhecidos são ineficientes em termos de perda de fluido hidráulico durante o acoplamento e desacoplamento de componentes tais como barras de furadeira; e eficiência mecânica sub-ótima. o aparelho da presente invenção compreende um percutor hidraulicamente energizado incluindo um pistão para impactar um trépano de furadeira; uma válvula corrediça para controlar a reciprocação do pistão; e um acumulador para fluido hidráulico que é posicionado próximo à válvula corrediça. ambos, o pistão e a válvula corrediça, são posicionados substancialmente em linha ao eixo do movimento do percutor.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção APARELHO DE PERFURAÇÃO

DECLARAÇÃO SOBRE PEDIDOS CORRESPONDENTES

A presente invenção é baseada na especificação provisional depositada em relação ao Pedido de Patente Australiana n° 2008904823, cuja totalidade dos teores é incorporada aqui.

CAMPO TÉCNICO

Esta invenção refere-se a um aparelho de perfuração. Mais particularmente, esta invenção refere-se a um aparelho de perfuração por percussão hidráulica furo abaixo (DTH) para perfurar furos em um. terreno.

ANTECEDENTE TÉCNICO

Tradicionalmente, a perfuração de furos em e através da rocha de alta resistência tem sido mais economicamente realizada pelos sistemas de perfuração percussivos. Estes sistemas caem em uma ou duas categorias: ou aquelas em que o mecanismo de percussão é localizado fora do furo (sistemas de percutor de topo) ou aquelas em que o mecanismo de percussão é localizado no furo (sistema DTH). Os sistemas de percutor de topo requerem o uso de uma série de barras de furadeira de percussão para transmitir força à face da rocha. A transmissão de ondas de choque de percussão através de uma série de barras cria limitações quanto a profundidade de furo e/ou precisão de perfuração, especialmente em tamanhos de furo maiores, bem como emissões de confiabilidade. Ã perfuração tipo DTH soluciona os problemas por criar as associados com sistemas de percutor de topo de choque de percussão no fundo do furo, ondas em que elas atuam diretamente no trépano de furadeira (parte cortante de furadeira) em contacto com a rocha. Tais sistemas de DTH têm sido tradicionalmente energizados pneumaticamente, usando ar comprimido para transmitir energia através das barras de furadeira furo abaixo até o

2/21 mecanismo de percussão no fundo. Tais sistemas de perfuração são tipicamente ineficientes em energia e lentos em comparação ao sistema de perfuração com percutor de topo, especialmente em tamanhos de furo menor e/profundidades rasas.

Em um esforço para combinar as vantagens de ambos os sistemas, de percutor de topo e tem sido encontrado tipo DTH, sistemas de desenvolvidos. Todavia,

DTH energizados uso definido uma vez que eles sofrem com água não têm em termos de confiabilidade e limitações econômicas, por usar um meio não lubrificante e potencialmente corrosivo (isto é, água) para transmitir energia ao mecanismo de percussão.

As patentes EP0233038 e US 5.092,-411 relatam o conceito de um sistema de perfuração DTH energizado a óleo. Ambos destes sistemas de perfuração relatados fazem uso de percutores hidráulicos alimentados pelas mangueiras hidráulicas externas presas nos lados das barras de perfuração dedicadas. Embora o uso de um percutor energizado a óleo melhore a eficiência da energia e confiabilidade de perfuração, os arranjos relatados em tais documentos sofrem da desvantagem que as mangueiras externas são inclinadas ao dano quando o percutor está em operação de furo abaixo com resultante não confiabilidade e eficiência reduzida em termos de perda de óleo e custos operacionais aumentados. A eficiência operacional é também adversamente afetada pela complicação de re-provisão de mangueiras hidráulicas quando adicionar e remover barras de perfuração.

Uma outra fonte de perda de óleo com conhecidos sistemas de perfuração energizados a óleo conhecidos, tais como aqueles relatados em US5.375.6'70 e WO96086332, é durante o acoplamento e desacoplamento das barras fornecendo óleo sob pressão a, e recebendo óleo de retorno

3/21 do, percutor durante o deslocamento em e fora do furo perfurado.

Outra perda em eficiência dos sistemas de perfuração hidráulica conhecidos, tais como aqueles relatados em JP 06313391, pode ser devido à uma redução na energia de impacto produzida e/ou reduzida velocidade de ciclo em que o acumulador hidráulico, usado para acomodar o fluxo variável, requisitos durante um ciclo de extensão e retração do pistão, é montado remotamente do percutor.

Uma outra desvantagem com conhecidos sistemas de perfuração hidráulica é que eles são caros para fabricação e substituição quando danificados devido ao desenho de uma peça do percutor.

É um objetivo da presente · invenção tratar os problemas acima ou pelo menos prover o público com uma escolha útil.

Outros aspectos e vantagens da presente invenção tornarão evidentes a partir da descrição seguinte dada por meio do exemplo apenas.

Todas as referências, incluindo quaisquer patentes ou pedidos de patente citados nesta especificação são aqui incorporados como referência. Nenhuma admissão é feita que qualquer referência constitua técnica anterior. A discussão dos estados das referências mostra o que seus autores afirmam e os requerentes reservam o direito de desafiar a precisão e pertinência dos documentos citados. Será claramente entendido que,embora inúmeras publicações da técnica anterior sejam referidas aqui, tal referência não constituem uma admissão que quaisquer destes documentoá formem parte do conhecimento geral comum na técnica, na Austrália ou em qualquer outro pais.

É conhecido que o termo compreendendo pode, sob variadas jurisdições, ser atribuído com um significado exclusivo ou inclusivo. Para o propósito desta

4/21 especificação, a menos que de outro modo mencionado, o termo compreendendo terá um significando inclusivo - isto é, que será tomado para significar uma inclusão não apenas dos componentes listados diretamente relacionados, mas também outros componentes ou elementos não especificados. Esta base lógica também será usada quando o termo “compreendido ou “compreendendo é usado em relação a uma ou mais etapas em um processo ou processamento.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

De acordo	com um	primeiro aspecto	da presente
invenção, é	provido	um aparelho de	perfuração
compreendendo:
• um	percutor	hidraulicamente	energizado
compreendendo:

• um pistão para impactar um trépano de furadeira;

• uma válvula corrediça para controlar a reciprocação do pistão;

• um acumulador para fluido hidráulico;

• uma válvula de conexão de percutor.

• pelo menos uma barra de furadeira compreendendo:

•	uma	primeira	válvula	de	conexão	para	conexão	da
barra de	furadeira ao	percutor	; e
•	uma	segunda	válvula	de	conexão	para	conexão	da

barra de furadeira à primeira válvula de conexão de uma barra de furadeira similar ou a um dispositivo de rotação em que:

• o pistão e a válvula corrediça são posicionados substancialmente em linha ao eixo de movimento do percutor;

• o acumulador é posicionado próximo à válvula corrediça; e • a válvula de conexão de percutor, a primeira válvula de conexão e segunda válvula de conexão compreendem pelo menos uma válvula de gatilho posicionada próximo à uma sede de válvula correspondente.

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Deste modo, as válvulas de conexão são configuradas para conter o fluído hidráulico no respectivo componente quando não está em uso.

É conhecido para propósitos da especificação que o termo válvula corrediça significa uma válvula de controle em comunicação de fluido com fluido hidráulico e usada para operar uma unidade atuadora.

De preferência, o trépano de furadeira, pistão, válvula corrediça, acumulador e válvulas de conexão são 10 conectados um ao outro substancialmente em linha.

Mais de preferência, o trépano de furadeira, pistão, válvula corrediça, acumulador e válvulas de conexão são unidades modulares conectadas a um componente unido adjacente via aberturas de localização e em que o 15 alinhamento angular é requerido e pinos de travamento.

De preferência, a válvula de conexão de percutor, primeira válvula de conexão e segunda válvula de conexão são individualmente substituíveis.

De preferência, a válvula de conexão de percutor e a segunda válvula de conexão compreendem uma vedação de válvula de conexão interna e uma vedação de válvula de conexão externa que são configuradas para minimizar a perda de fluido hidráulico do trajeto de fluxo de óleo de pressão e trajeto de fluxo de óleo de retorno , respectivamente, durante a operação do aparelho de perfuração e durante a conexão e desconexão de cada barra de furadeira.

De preferência, a válvula de conexão de percutor, primeira válvula de conexão e segunda válvula de conexão são configuradas de modo que, durante a conexão, o 30 movimento axial da primeira válvula de conexão em uma barra de furadeira ou no dispositivo de rotação relativo à segunda vávula de conexão em uma outra barra de furadeira ou da válvula de conexão de percutor no percutor é não mais que 50% do diâmetro da barra de furadeira.

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Mais de preferência, a válvula de conexão de percutor e segunda válvula de conexão são configuradas de modo que, durante a conexão, o movimento axial da vedação da válvula de conexão interna e a vedação da válvula de conexão externa sobre os componentes receptores da primeira

válvula de conexão de	uma	barra	de	furadeira unida	ou
dispositivo de rotação	é não	mais	que	20% do diâmetro	de
barra de furadeira.
De preferência,	a	barra	de	furadeira também

compreende:

• uma linha de pressão para fornecimento do fluido hidráulico pressurizado de um reservatório externo à válvula corrediça;

• uma linha de retorno para fornecimento de fluido hidráulico de retorno da válvula corrediça de volta para o reservatório externo; e • uma linha de remoção por jato para fornecimento de meio de remoção por jato pressurizado para o trépano de furadeira.

De preferência, a linha de retorno é um anel tubular disposto em torno da linha de pressão.·

De preferência, a linha de remoção por jato é um anel tubular disposto em torno da linha de retorno.

De preferência, a linha de pressão e linha de retorno são cada qual livremente flutuantes dentro de cada barra de furadeira.

De preferência, a linha de pressão e a linha de retorno são individualmente substituíveis dentro de cada barra de furadeira.

De preferência, a válvula de conexão de percutor, a primeira válvula de conexão e a segunda válvula de conexão são configuradas para prevenir o fluxo inverso do fluido hidráulico de retorno.

De preferência, o meio de remoção por jato é o ar.

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De preferência, o percutor também compreende um invólucro externo que é adaptado para ser reversivelmente ajustado no percutor.

De acordo com um outro aspecto da presente invenção, é provido um processo de montagem de um aparelho de perfuração, o dito processo compreendendo as etapas de:

a. montagem de um percutor hidraulicamente energizado das unidades modulares, as unidades modulares compreendendo:

• um trépano de furadeira;

• um pistão;

• uma válvula corrediça para controlar a reciprocação do pistão;

• um acumulador;

• uma válvula de conexão de percutor compreendendo pelo menos uma válvula de gatilho posicionada próxima à uma sede de válvula correspondente,para conexão do percutor à primeira válvula de conexão de uma barra de furadeira

b. conexão de uma ou mais de barra de furadeira ao percutor, cada barra de furadeira compreendendo:

• uma primeira válvula de conexão compreendendo pelo menos uma válvula de gatilho posicionada próxima à uma sede de válvula correspondente:e • uma segunda válvula de conexão compreendendo pelo menos uma válvula de gatilho posicionada próxima à uma sede de válvula correspondente, para conexão da barra de furadeira à primeira válvula de conexão de uma barra de furadeira similar ou a um dispositivo de rotação

c. conexão de um dispositivo de rotação à segunda válvula de conexão da última barra de furadeira conectada, o dito dispositivo de rotação comunicando um movimento rotacional a pelo menos uma barra de furadeira e ao percutor.

De preferência, o processo também compreende a etapa:

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a. conexão do aparelho a um sistema de alimentação hidráulica adaptado para mover o aparelho linearmente ao longo de sua linha de eixo.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

Outros aspectos da presente invenção tornarão evidentes da descrição seguinte que é dada por meio de exemplo apenas e com referência aos desenhos anexos em que:

Figura 1: mostra uma vista seccional de uma concretização preferida do aparelho de perfuração da presente invenção;

Figura 2: mostra uma vista seccional do percutor da concretização mostrada na figura 1;

Figura 3: mostra uma vista seccional da primeira e segunda válvulas de conexão de uma barra de furadeira da concretização mostrada na figura 1;

Figura 4: mostra uma vista seccional de duas barras de furadeira adjacentes da concretização mostrada na figura 1 com primeira e segunda válvulas de conexão conectadas;

Figura 5: mostra uma vista seccional do dispositivo de rotação da concretização mostrada na figura 1;

Figura 6: mostra uma vista seccional do percutor da concretização mostrada na figura 1, mostrando o trajeto de fluxo do fluido hidráulico de pressão para a válvula corrediça;

Figura 7: mostra uma vista seccional da válvula do percutor da concretização mostrada na figura 1, ilustrando o trajeto de fluxo de fluido hidráulico de retorno da válvula corrediça e outros pontos de dreno no percutor;

Figura 8: mostra uma vista seccional do percutor da concretização mostrada na figura 1, ilustrando o trajeto de fluxo do meio de remoção por jato para o trépano de furadeira;

Figura 9: mostra uma vista seccional de duas barras de furadeira conectadas da concretização mostrada na figura

9/21 e a localização das vedações da válvula de conexão interna separando o trajeto de fluxo do fluido hidráulico de pressão do trajeto de fluxo de fluido hidráulico de retorno;

Figura 10: mostra uma vista seccional de duas barras de furadeira conectadas da concretização mostrada na figura 4 e a localização das vedações da válvula de conexão externa separando o trajeto de fluxo de fluido hidráulico de retorno do trajeto de fluxo de meio de remoção por jato;

Figura 11: mostra uma vista seccional do percutor da concretização mostrada na figura 1, mostrando o trajeto de fluxo do fluido hidráulico de pressão entre a válvula corrediça e o pistão durante o movimento ascendente do pistão;

Figura 12: mostra uma vista seccional do percutor da concretização mostrada na figura 1, mostrando o trajeto de fluxo do fluido hidráulico de pressão entre a válvula corrediça e o pistão durante o movimento descendente do pistão;

Figura 13: mostra uma vista seccional do percutor da concretização mostrada na figura 1, mostrando o trajeto do fluxo de realimentação do fluido hidraúlico entre o pistão e a válvula corrediça durante o movimento ascendente do pistão; e

Figura 14: mostra uma vista seccional do percutor da concretização mostrada na figura 1, ilustrando o trajeto de fluxo de realimentação de fluido hidráulico entre o pistão e a válvula corrediça durante o movimento para baixo do pistão.

MELHORES MODOS PARA REALIZAR A INVENÇÃO

A invenção é, a seguir, descrita com relação à uma concretização preferida como mostrada nas figuras 1 a 14.

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Para maior clareza, as interconexões de fluido entre os vários componentes do aparelho de perfuração têm sido seletivamente mostradas nas figuras.

A figura 1 mostra uma vista seccional de uma concretização preferida de um aparelho de perfuração geralmente indicado por uma seta (1). O aparelho de perfuração (1) é um aparelho energizado a óleo hidráulico para perfuração furo abaixo (DTH). 0 aparelho compreende uma série de componentes modulares dedicados que são conectados em linha um ao outro. Deste modo, o aparelho (1) possui um desenho de baixo perfil para prover um diâmetro mínimo do percutor (2) para possibilitar operação conveniente do aparelho (1) em espaços confinados e possibilitar uma faixa mais ampla de tamanhos de furo a ser perfurado em um terreno.

O aparelho de perfuração (1) compreende um percutor (2), pelo menos uma barra de furadeira (3,4) e um dispositivo de rotação (5). Será apreciado por aqueles versados na técnica que as barras de furadeira (3, 4) podem ser dispensadas para aplicações que não requerem qualquer distância entre o dispositivo de rotaçãol (5) e o percutor(2). Inversamente, qualquer número de barras de furadeira pode ser usado para estender a extensão do aparelho (1) como requerido para uma aplicação particular. O dispositivo de rotação (5) é adaptado para conexão a um motor e a um sistema de engrenagem (não mostrado) para comunicar o movimento rotacional ao fuso mestre (5A) do dispositivo de rotação (2) e barras de furadeira (3,4) na maneira conhecida.

sistema de perfuração (1) pode ser continuamente girado em ambas as direções (isto é, na direção dextrogiro ou sinistrogiro)

A.

pelo motor e sistema de engrenagem como indicado pela seta

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A figura 2 mostra uma vista seccional de um percutor DT H (2) do aparelho de perfuração (1). O percutor (2) compreende um trépano de furadeira (6); um pistão (7) e um invólucro de pistão (7A), uma válvula corrediça (8) e um invólucro de válvula corrediça (8A) para movimento polarizado do pistão (7) sob pressão do fluido hidráulico; um acumulador (9) para fluido hidráulico tal como óleo e uma válvula de conexão de barra (10) . Todos os componentes do percutor (2) podem ser conectados em linha um ao outro via abertura de localização em que alinhamento angular é requerido, conectando pinos (11). Os vários trajetos de fluxo dentro de cada componente são conectados com os correspondentes trajetos de fluxo dos componentes adjacentes via perfurações e vedações na interface dos componentes. Os componentes são todos alojados dentro de um invólucro de uso externo (IA). A natureza modular do percutor (2) possibilita custos de manutenção reduzidos por permitir a substituição de componentes individuais mais do que o percutor todo (2).

Os componentes montados (7 a 9) são retidos dentro do invólucro de uso (IA) via roscas em qualquer uma das extremidades do invólucro (IA) nas quais o conjunto de trépano de furadeira (6) e válvula de conexão de percutor (10) são aparafusados durante a montagem do percutor(2). Assim, tais componentes internos (7 a 9) são retidos em contacto firme pela força proveniente destas roscas que se opõem em qualquer uma das extremidades do percutor (2) . 0 invólucro (1 A) pode ser girado de volta para a frente para prover uma prolongada vida útil do percutor (2) para neutralizar o dano de erosão localizado no invólucro (1 A) causado pelos cortes de furadeira durante a operação do aparelho de perfuração (1).

O trépano de furadeira (6) realiza o movimento reciprocante sobre uma faixa máxima de aproximadamente 20mm

12/21 via impactos provenientes do pistão (7) . A cabeça (6A) do trépano de furadeira (6) tem botões (6B) que contactam a rocha e formam a superfície de corte. Uma faixa de trépano de furadeira de diferentes extensões e diâmetros pode ser usada para criar diferentes diâmetros de furo apropriados para diferentes aplicações e terrenos na maneira conhecida.

A figura 3 mostra uma vista seccional da primeira (17) e segunda (18) válvulas de conexão de barras de furadeira (4,3), respectivamente. Cada barra de furadeira (3, 4) tem uma estrutura de tubo interno para prover comunicação de fluido do dispositivo de rotação (5) ao percutor (2) (via uma outra barra de furadeira se várias barras de furadeira forem conectadas em série). 0 trajeto e fluxo de óleo de pressão (14) carrega óleo de pressão à válvula orrediça (8) do percutor (2) . O trajeto de fluxo da linha de óleo de retorno (15) carrega o óleo de retorno da válvula corrediça (8) de volta para o dispositivo de rotação (5) . Um trajeto de fluxo do meio de remoção por jato (12) carrega o meio de remoção por jato, usualmente na forma de ar pressurizado, para o percutor (2). Será apreciado por aquele versado na técnica que outras formas de meio de remoção por jato pressurizado podia ser usado sem se distanciar do escopo da presente invenção tal como

água ou	dióxido de	carbono.As	barras	de	furadeira
(3,4)variam	em extensão	para cima a	partir	de 1	, 8 metros
dependendo	da extensão	requerida	paras	uma	aplicação
particular.
Cada	barra de furadeira (3,4)	possui	uma	primeira

(17) e segunda (18) válvulas de conexão nas suas primeira e segunda extremidades. A primeira válvula de conexão (17) tem uma válvula de gatilho carregada de mola (19) e sede (20) no ponto terminal do trajeto de fluxo de óleo de pressão (14) e válvulas de gatilho fêmeas carregadas de mola (21) e sedes (22) nos pontos terminais de trajeto de

13/21 fluxo de óleo de retorno (15) . Similarmente, a segunda válvula de conexão (18) possui uma válvula de gatilho carregada de mola (23) e sede (2 4) no ponto terminal do trajeto de fluxo de óleo de pressão (14) e anel de válvula de gatilho macho carregada de mola (25) e sede (26) no ponto terminal do trajeto de fluxo de óleo de retorno (15). 0 posicionamento das válvulas de gatilho (19, 21, 23 e 25) proximais a suas sedes correspondentes (20, 22, 24 e

26) minimiza a perda de óleo das barras de furadeira,quando as válvulas de conexão (17,18) são desconectadas quando inserir uma nova barra de furadeira para estender a extensão da fileira de barras de furadeira de furo abaixo ou quando desmantelar as barras de furadeira (3,4). Ά subseqüente economia em óleo é muito significativa uma vez que este arranjo limita a perda de óleo para apenas aquela requerida para lubrificação de rosca e vedação no acoplamento e desacoplamento, poupando significativamente os custos e reduzindo o impacto ambiental· para um mínimo absoluto. A figura 4 mostra uma vista seccional de duas barras de furadeira adjacentes (3, 4) com a primeira válvula de conexão (17) da barra de furadeira (4) conectadas à segunda válvula de conexão (18) da barra de furadeira (3). Estas válvulas são trazidas juntas pelo engate de uma rosca macho (não mostrada) no ressalto (4A) da barra de furadeira (4) na rosca fêmea (não mostrada ) no ressalto (3A) da barra de furadeira (3) e a rotação da barra de furadeira (4)relativa à barra de furadeira (3) até os ressaltos externos (3A,4A) das duas barras de furadeira (3,4) entrarem em contacto firme. Uma vez estes ressaltos (3A, 4A) estejam em contacto, três trajetos de fluxo discretos são criados como segue: topejamento da válvula de gatilho (19) contra a válvula de gatilho (23) leva as válvulas de gatilho (19 e 23) a elevarem suas respectivas sedes (20 e 24), conectando assim o trajeto de fluxo de

14/21 óleo de pressão (14) da barra de furadeira (3) no correspondente trajeto de fluxo de óleo de pressão (14) da barra de furadeira (4) . As vedações de válvula de conexão interna (27) (melhor visto na figura 9) no sulco circundando este trajeto de fluxo de óleo de pressão (14) previnem o vazamento interno do óleo radialmente para o trajeto de fluxo de óleo de retorno adjacente (15). Um outro conjunto de vedações (28)(melhor visto na figura 10) de válvula de conexão externa no sulco que circunda o trajeto de fluxo de óleo de retorno (15) separa o trajeto de fluxo de óleo de retorno ( 15) do trajeto de fluxo de meio de remoção por jato (12). A válvula de gatilho em anel (25) e as válvulas de gatilho (21) são impelidas pela ligeira pressão da mola contra suas respectivas sedes (26 e 22) ambas na mesma direção, isto é, da barra de furadeira (4) para a barra de furadeira (3) . 0 óleo de retorno, no fluxo da barra de furadeira (3) para a barra de furadeira (4), elevará estas duas válvulas de gatilho (25, 21) fora de suas respectivas sedes (26, 22) com restrição mínima para fluxo, conectando assim o trajeto de fluxo de óleo de retorno (15) de barra de furadeira (3) para o trajeto de fluxo de óleo de retorno (15) da barra de furadeira (4) para o fluxo de óleo de uma via (retorno) . 0 trajeto de fluxo do meio de remoção por jato (12) de ambas as barras de furadeira (3, 4) são conectados entre si pelo segundo anel tubular formado entre o trajeto de fluxo de óleo de retorno (15) e os ressaltos (3A,4A) de cada barra de furadeira (3,4) .

Será apreciado por aqueles versados na técnica que a válvula de conexão de percutor (10) e a segunda válvula de conexão (18) das barras de furadeira (3,4) têm a mesma configuração para melhorar a facilidade de manutenção do aparelho de perfuração (1) através da minimização do número de diferentes componentes.

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O trajeto de fluxo de óleo de pressão (14) e o trajeto de fluxo de óleo de retorno (15) são cada qual individualmente flutuação livre dentro de cada uma das barras de furadeira (3,4), permitindo'deste modo a expansão térmica durante o uso. Um suporte de vedação do trajeto de fluxo de óleo de pressão (37) e vedação de fluxo de óleo de pressão (38) instalado nas extremidades do trajeto de fluxo de óleo de pressão (14) (como mostrado na figura 3)permitem o movimento relativo do trajeto de fluxo de óleo de pressão (14) sem perda de óleo de pressão. Similarmente, o suporte de vedação de trajeto de fluxo de óleo de retorno (39) e vedação de trajeto de fluxo de óleo de retorno (40) instalado nas extremidades do trajeto de fluxo de óleo de retorno (15) (como mostrado na figura 3) permitem movimento relativo do trajeto de fluxo de óleo de retorno (15) sem a perda de óleo de retorno. Esta configuração permite expansão térmica diferencial de vários componentes durante o uso. Em adição, o trajeto de fluxo de óleo de pressão (14) e o trajeto de fluxo de óleo de retorno (15) e as válvulas de conexão (17, 18) são cada qual substituível possibilitando custos de manutenção reduzidos através da substituição de componentes individuais mais do que toda a barra de furadeira (3, 4).

A configuração de válvulas de gatilho (19, 21, 23 e

25) permite as conexões entre os trajetos de fluxo (14, 15) das respectivas barras de furadeira (3,4) a serem completadas com uma relativamente pequena distância de engate axial entre as barras de furadeira (3, 4) durante a conexão. Esta distância de engate axial é tipicamente não mais que 50% do diâmetro de barra de furadeira todo. Como um resultado disso, as vedações (27) (melhor visto na figura 9) e (28) (melhor visto na figura 10) movem-se ao longo de uma distância axial muito curta das porções receptoras da primeira válvula de conexão (17) durante a

16/21 conexão e desconexão das barras de furadeira (3,4). Esta distância de engate de vedação é tipicamente não mais que 20% do diâmetro de barra total. Este aspecto minimiza o desgaste e a rasgadura das válvulas de conexão (17, 18) e vedações (27, 28) durante a conexão e desconexão dos componentes do aparelho (1). Além do mais, não há orifícios ou outras descontinuidades nas superfícies de vedação e consequentemente as vedações (27,28) apenas movem-se sobre as superfícies lisas, apropriadamente contornadas, durante a conexão e desconexão, aumentando mais sua confiabilidade.

A figura 5 mostra uma vista seccional em “closeup (modo ampliado) do dispositivo de rotação (5). A porção articulada (5 A) conecta-se a um motor e a um sistema de engrenagem em seta A que comunica um torque rotacional à porção articulada (5 A) e as barras de furadeira conectadas (3,4) e percutor (2). Uma série de três orifícios posicionados em uma porção não rotativa ou invólucro (5B) do dispositivo de rotação (5) fornecem o ar de remoção por jato (orifício 5C), óleo de pressão (orifício 5D) e recebem o óleo de retorno (orifício 5E)da porção articulada (5 A) que está em comunicação de fluido com as barras de furadeira (3,4) conectadas e percutor (2). Um arranjo de válvula de gatilho (5F) idêntico à primeira válvula de conexão (17) da barra de furadeira (3) (como acima descrito) previne a perda de óleo hidráulico quando o dispositivo de rotação (5) é desconectado da barra de furadeira (4).

Com referência às figuras 6 a 8, válvula de conexão de percutor (10) interfaceia entre os três trajetos de fluxo concêntrico da barra de furadeira (3) (centro = trajeto de fluxo de óleo de pressão (14), primeiro anel tubular = trajeto de fluxo de óleo de retorno (15), segundo anel tubular = trajeto de fluxo de meio de remoção a jato (12), e três trajetos de fluxo lado a lado do percutor (2).

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A figura β mostra ο óleo de pressão que vem do centro da válvula de conexão de barra (10) (da barra de furadeira (3) não mostrada) e na válvula corrediça (8) via o acumulador (9). Neste modo, as mudanças na pressão de óleo na válvula corrediça (8) durante a operação do aparelho de perfuração (1) são minimizadas para melhorar a eficiência e velocidade de perfuração. 0 pistão (7) é alojado no invólucro de pistão (7 A) e é por sua vez levado ao movimento de reciprocação pela válvula corrediça (8). A figura 11 mostra o trajeto de fluxo (29) do óleo de pressão da válvula corrediça (8) para o pistão (7) para o movimento ascendente do pistão (7). 0 movimento ascendente é criado pelo óleo de pressão que flui dos orifícios (31A) no invólucro da válvula corrediça (8Ά) e para os orifícios (31B) no invólucro de pistão (7A) para atuar no solo do fundo do pistão (7) é modo conhecido. A figura 12 mostra o trajeto de fluxo (30) do óleo de pressão da válvula corrediça (8) para o pistão (7) para movimento descendente do pistão (7).

Como mostrado na figura 12, o movimento descendente do pistão (7) é criado pelo óleo de pressão que flui fora dos orifícios (32A) no invólucro de válvula corrediça (8A) e nos orifícios (32B) no invólucro de pistão (7A) para atuar no solo do topo do pistão (7) no modo conhecido. Com referência às figuras 11 e 12, a reciprocação do pistão (7) é conseguida pela válvula corrediça (8) alternando entre estas duas condições de fluxo na maneira conhecida. Como mostrada nas figuras 13 e 14, esta oscilação da válvula corrediça (8) é controlada pelos orifícios de detecção de posição (35B,36B) no invólucro de pistão (7A) que, quando não protegido pelo movimento do pistão (7), usa a 'realimentação' do óleo de pressão para mover a válvula corrediça (8) , via orifícios 35A e 36A, respectivamente, entre as duas posições correspondentes ao movimento do pistão (7) descendente e então ascendente, respectivamente.

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Assim, o movimento de pistão (7) é controlado ao longo de uma extensão do curso fixo ajustada pela localização dos orifícios de detecção de posição (35B,36B mostrados nas figuras 13 e 14) . As figuras 13 e 14 mostram a posição dos trajetos do fluxo de realimentação (33, 34) do pistão (7) para a válvula corrediça (8) para criar o movimento descendente e ascendente do pistão (7), respectivamente.

A figura 7 mostra o trajeto de fluxo de óleo de retorno que vem da válvula corrediça (8) e outros pontos de dreno dentro do percutor, através da válvula de conexão de percutor (10) e de volta para o trajeto de fluxo de óleo de retorno (15) da barra de furadeira (3) . Um arranjo de válvula de gatilho (16) idêntico ao da segunda válvula de conexão (18) da barra de furadeira (4) previne a perda de óleo hidráulico de quando o percutor (2) é desconectado da barra de furadeira (3) (não mostrada).

A figura 8 mostra o trajeto do meio de remoção por jato do trajeto de fluxo do meio de remoção por jato (12) de baixo para o topo do invólucro de pistão (7A). O meio de remoção por jato então passa para baixo através do pistão (7) e trépano de furadeira (6) através dos canais no sentido do comprimento (13) naqueles componentes, saindo na face do trépano para remover por jato os cortes da furadeira do vizinho do trépano de furadeira (6) .

Será apreciado por aqueles versados na técnica que outros arranjos internos dos trajetos de fluxo (12, 13, 14 e 15) podem ser usados sem se distanciar do escopo da presente invenção.

Em uso, o aparelho de perfuração (1) é montado para perfuração pelas seguintes etapas do processo:

• montagem de um percutor hidraulicamente energizado (2)compreendendo:

• um trépano de furadeira (6);

• um pistão (7);

19/21 • uma válvula corrediça (8)para controlar a reciprocação do pistão (7) • um acumulador (9); e • uma válvula de conexão de percutor(10) • conexão pelo menos de uma barra de furadeira (3,4) à uma válvula de conexão de percutor (10);

• conexão de um dispositivo de rotação (5) à uma extremidade pelo menos de uma barra de furadeira (3,4) distai do percutor (2);

• conexão de uma fonte de fluido hidráulico, um depósito de fluido hidráulico e uma fonte de meio de remoção a jato ao dispositivo de rotação (5);

• onexão de um motor e sistema de engrenagem à extremidade do dispositivo de rotação (5) distai do percutor (2), o dito motor comunicando movimento rotacional ao dispositivo de rotação (5), pelo menos a uma das barras de furadeira (3,4) e percutor (2); e • conexão do aparelho todo a um sistema de alimentação capaz de movimento linear na linha de seu eixo. 0 dito sistema de alimentação sendo capaz de comunicar uma força de alimentar e retrair de pelo menos 20 kN.

A perfuração é iniciada pelo trépano (6B)(melhor visto na figura 2) sendo trazido em contacto com a face da rocha pelo sistema de alimentação hidráulica e uma pressão hidráulica de 50-200 bar(dependendo do terreno) sendo aplicada ao orifício (5D) do dispositivo de rotação (5) . Uma vez a penetração tenha começado, o motor e o sistema de engrenagem (não mostrados) giram o aparelho todo a 20-150 RPM (dependendo do tamanho do furo e terreno) e o sistema de alimentação hidráulica aplica uma força de alimentação de 2-20kN (dependendo do terreno) avançando o aparelho para o furo perfurado. Uma vez o limite de avanço tenha sido atingido, a perfuração é interrompida pela remoção da

20/21 pressão fornecida do orifício (5D) . Se mais avanço for requerido, o dispositivo de rotação (5) pode ser desparafusado da segunda válvula de conexão (18) da última barra de furadeira e uma barra de furadeira adicional adicionada. A perfuração é então recomeçada pela aplicação das mesmas etapas como acima descritas.

Exemplo 1

O aparelho (1) tem sido testado perfurando furos de 105mm de diâmetro em calcário duro a uma taxa de penetração

de	acima de	lm/min	Perfuração confiável	foi	demonstrada
com	mínimo de	perda	de óleo hidráulico.
	Exemplo 2
	Testes	sobre	versões de protótipo	do	aparelho 1
mostra que a	perda	de óleo é tipicamente	tão	baixa quanto

0,008 litro por conexão/desconexão.

Assim, as concretizações preferidas da presente invenção podem ter inúmeras vantagens sobre a técnica anterior que pode incluir:

• eficiência de combustível aperfeiçoada através da eficiente transmissão de energia, reciclagem de óleo com mínimo de perda de óleo com resultante redução nos custos operacionais e reduzido impacto no ambiente;

• eficiência mecânica aperfeiçoada através de tempo de resposta mais rápido para mudanças na pressão de óleo durante um ciclo de operação com resultante perfuração mais rápida para penetrar no terreno;

• proteção contra a contaminação pela segurança falha de óleo dos resíduos de perfuração (cortes);

• proteção contra a contaminação pela segurança falha de cortes do óleo (importante nas aplicações de amostragem mineral) através do uso de uma estrutura de tubo concêntrico com um trajeto de fluxo de óleo de retorno de uma via;

21/21 • desgaste aperfeiçoada das válvulas de conexão e vedações e resultante confiabilidade aperfeiçoada na conexão e desconexão dos componentes do aparelho de perfuração;

· confiabilidade aperfeiçoada através do prolongada vida útil e conseqüentes custos de manutenção reduzidos como um resultado do desenho modular e invólucro de furadeira reversível; e • custo relativo baixo de fabricação como um 10 resultado de desenho modular.

Os aspectos da presente invenção têm sido descritos por meio dos exemplos apenas e deverão ser apreciados que as modificações e adições podem ser feitas aos mesmos sem se distanciar do escopo da invenção como definido nas 15 reivindicações anexas.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Aparelho de perfuração (1) compreendendo um percutor hidraulicamente energizado (2) dotado de um pistão (7) para impactar um trépano de furadeira (6);

uma válvula corrediça (8) para controlar a reciprocação do pistão (7);

e um acumulador (9) para fluido hidráulico;

uma válvula de conexão de percutor (10); pelo menos uma barra de furadeira (3,4)

3,

4) compreendendo:

uma primeira válvula de conexão (17) para conexão da barra de furadeira (3,4) no percutor (2); e uma segunda válvula de conexão (18) para conexão da barra de furadeira (3,4) à primeira válvula de conexão (17) (17) de uma similar barra de furadeira (3,4)

3,4) ou a um dispositivo de rotação

5) (5); em que o pistão (7) e a válvula corrediça (8) são posicionados substancialmente em linha em relação ao eixo do movimento do percutor (2);

acumulador (9) é posicionado próximo à válvula corrediça (8); e válvula de conexão de percutor (10), primeira válvula de conexão (17) e segunda válvula de conexão (18) compreendem pelo menos uma válvula de gatilho

19) posicionada próxima a uma sede de válvula correspondente; caracterizado por a válvula de conexão de percutor (10) e a segunda válvula de conexão (18) compreenderem uma vedação da válvula de conexão interna e uma vedação da válvula de conexão externa que são configuradas para minimizar a perda de fluido hidráulico do trajeto de fluxo de óleo de pressão e trajeto de fluxo de

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2/5 óleo de retorno (15), respectivamente, durante a operação do aparelho e conexão e desconexão de cada barra de furadeira (3,4).

2. Aparelho de perfuração de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o trépano da furadeira (6), pistão (7), válvula corrediça (8), acumulador (9) e válvulas de conexão (17,18) serem conectados substancialmente em linha uma em relação à outra.
3. Aparelho de perfuração de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por o trépano da furadeira (6), pistão (7), válvula corrediça (8), acumulador (9) e válvulas de conexão (17,18) serem unidades modulares conectadas a um componente unido adjacente via aberturas de localização e em que alinhamento angular é requerido, travando pinos.
4. Aparelho de perfuração de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado por a válvula de conexão de percutor (10), primeira válvula de conexão (17) e segunda válvula de conexão (18) serem individualmente substituíveis.
5. Aparelho de perfuração (1) de acordo com a qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado por a válvula de conexão de percutor (10), a primeira válvula de conexão (17) e segunda válvula de conexão (18) serem configuradas de modo que durante a conexão, o movimento axial da primeira válvula de conexão (17) em uma barra de

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3/5 furadeira (3,4) ou no dispositivo de rotação (5) relativo à segunda válvula de conexão (18) em uma outra barra de furadeira (3,4) ou a válvula de conexão de percutor (10) no percutor (2) não é mais do que 50% do diâmetro da barra de furadeira (3,4).
6. Aparelho de perfuração (1) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a válvula de conexão de percutor (10) e segunda válvula de conexão (18) serem configuradas de modo que durante a conexão, o movimento axial da vedação de válvula de conexão interna e vedação da válvula de conexão externa sobre os componentes receptores da primeira válvula de conexão (17) de uma barra de furadeira (3,4) unida ou dispositivo de rotação (5) não é mais que 20% do diâmetro de barra de furadeira (3,4).
7. Um aparelho de perfuração de acordo com a qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado por a barra de furadeira (3,4) também compreender:

- uma linha de pressão para fornecimento de fluido hidráulico pressurizado a partir de um reservatório externo para a válvula corrediça (8);

uma linha de retorno para fornecimento de fluido hidráulico de retorno a partir da válvula corrediça (8) de volta para o reservatório externo; e

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- uma linha de remoção por jato para fornecimento de meio de remoção por jato pressurizado ao trépano da furadeira (6).
8. Aparelho de perfuração de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por a linha de retorno ser um anel tubular disposto em torno da linha de pressão.
9. Aparelho de perfuração de acordo a reivindicação 7 ou 8, caracterizado por a linha de remoção por jato ser um anel tubular disposto em torno da linha de retorno.
10. Aparelho de perfuração de acordo com a qualquer uma das reivindicações 7 a 9, caracterizado por a linha de pressão e a linha de retorno serem individualmente livremente flutuante dentro de cada barra de furadeira (3,4).
11. Aparelho de perfuração de acordo com a qualquer uma das reivindicações 7 a 10, caracterizado por a linha de pressão e as linhas de retorno serem individualmente substituíveis dentro de cada barra de furadeira (3,4).
12. Aparelho de perfuração de acordo com a qualquer uma das reivindicações 7 a 11, caracterizado por a válvula de conexão de percutor, a primeira válvula de conexão (17) e segunda válvula de conexão (18) serem configuradas para prevenir um fluxo de reverso do fluido hidráulico de retorno.

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13. Aparelho de perfuração de acordo com a qualquer uma das reivindicações 7 a 12, caracterizado por o meio de remoção por jato ser o ar. 14. Aparelho de perfuração de acordo com a qualquer uma das reivindicações 1 a 13, caracterizado por o percutor

também compreender um invólucro externo que é adaptado para ser reversivelmente ajustado no percutor.
15. Processo de montagem do aparelho de perfuração (1) caracterizado por compreender as seguintes etapas:

a) montar um percutor hidraulicamente energizado (2) das unidades modulares;

b) conectar uma ou mais barras de furadeira (3,4) ao percutor (2);

c) conectar um dispositivo de rotação (5) na segunda válvula de conexão (18) da última barra de furadeira (3,4) conectada, o dito dispositivo de rotação (5) comunicando um movimento rotacional pelo menos a uma barra de furadeira (3,4) e percutor (2).
16. Processo de montagem do aparelho de perfuração (1) de acordo com a reivindicação 16 caracterizado por compreender a etapa de:

d) conexão do aparelho (1) a um sistema de alimentação hidráulica adaptado para mover o aparelho linearmente ao longo de sua linha de eixo.