BR112019012471B1 - Ferramenta de ancoragem superior autoenergizante recuperável - Google Patents

Abstract

Trata-se de uma ferramenta de ancoragem superior autoenergizante recuperável com um mandril de energização central disposto em torno de um furo de ferramenta central e um conjunto de segmentos de âncora distribuídos ao redor de uma circunferência do mandril de energização central, sendo que cada um tem uma ou mais superfícies de cunha voltadas para o furo de ferramenta central e correspondendo e em engate com superfícies inclinadas do mandril de energização central. A ferramenta é liberável pelo movimento relativo para cima de um sub de liberação contra um batente de sub de liberação disposto dentro do furo de ferramenta central. Um mecanismo de liberação aloja um ou mais membros de mola de liberação pré-carregados de liberação travados com um mecanismo de trava de liberação. Quando destravados, os membros de mola de liberação exercem uma força de polarização de retração no mandril de energização central na direção para baixo ao longo do eixo geométrico longitudinal em relação ao conjunto de segmentos de âncora. Esse movimento para baixo do mandril de energização central provoca um movimento radialmente para dentro do conjunto de segmentos de âncora.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção refere-se a uma ferramenta de ancoragem superior autoenergizante que é recuperável a partir de um furo de sondagem em uma coluna de transporte.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] Na indústria de petróleo e gás, um furo de poço é tipicamente formado perfurando-se um furo de sondagem na terra, usando uma broca de perfuração disposta em uma extremidade de fundo de poço de uma coluna de perfuração que é impelida para baixo para na terra. Depois de perfurar a chamada seção de furo aberto até uma profundidade predeterminada, ou quando as circunstâncias exigirem, a coluna de perfuração e a broca são removidas, e o furo de sondagem é forrado com uma coluna de revestimento. A operação de perfuração é tipicamente realizada em estágios, e diversas colunas de revestimento ou forro podem ser aplicadas no furo de poço até que o furo de poço esteja na profundidade e na localização desejadas.

[003] Nos últimos anos, uma tecnologia inovadora tornou-se disponível, em que tubulares, tais como tubos de revestimento, forro ou blindagem são expandidos radialmente contra um revestimento hospedeiro pré-definido estabelecido no furo de sondagem. A publicação do pedido de patente no U.S. 2015/0247388 descreve uma ferramenta de ancoragem superior que compreende: - uma coluna de trabalho que compreende um sub de liberação; - um corpo de rampa com uma ou mais superfícies de rampa; - um ou mais segmentos de âncora, cada um tendo uma ou mais superfícies de cunha que correspondem e engatam as superfícies da rampa do corpo de rampa, e sendo que cada um tem uma superfície de engate voltada para fora para engatar um revestimento hospedeiro pré-instalado; - um ou mais membros de mola fornecidos para pré-carregar um segmento de âncora respectivo em relação ao seu corpo de rampa correspondente; - um anel impulsor que envolve a coluna de trabalho e engata os segmentos de âncora em uma sua extremidade superior do mesmo; - um anel de liberação que envolve a coluna de trabalho e é disposto em uma extremidade oposta dos segmentos, de tal modo que os segmentos de âncora ficam trancados entre o anel impulsor e o anel de liberação; - um batente de sub de liberação disposto para engatar o anel de liberação com o sub de liberação mediante o recebimento do sub de liberação em movimento para cima contra o batente de sub de liberação.

[004] Para ativar a ferramenta de ancoragem do documento U.S. 2015/0247388, o anel impulsor é induzido a deslizar ao longo da coluna de trabalho sob influência de uma força para baixo, ocasionando um movimento para baixo dos segmentos de âncora em relação às superfícies de rampa, mediante isso, os segmentos de âncora se movem radialmente para fora em direção ao revestimento. A superfície de engate de cada segmento, que é adequadamente dotada dentes de engate, engatará o revestimento. As molas também empurram os segmentos radialmente para fora. Um tubular de poço pode ser forçado para cima, por exemplo, puxando-se um cone de expansão montado em uma extremidade distal da coluna de trabalho contra ou através do tubular de poço em uma direção furo acima, até que o tubular de poço engate no seu rebordo superior contra a ferramenta de ancoragem superior. A carga para cima é transmitida do tubular de poço para o corpo de rampa, energizando, assim, os segmentos de âncora no seu engate com o revestimento.

[005] Quando o sub de liberação atingir a âncora superior, o sub de liberação engata o anel de liberação e empurra o anel de liberação na direção furo acima. Visto que os segmentos de âncora estão envolvidos entre o anel impulsor e o anel de liberação, os segmentos de âncora serão levados a deslizar radialmente para dentro ao longo das superfícies de rampa, liberando a superfície interna de revestimento. A ferramenta de ancoragem superior pode, então, ser recuperada do furo de sondagem executando-se na coluna de trabalho.

[006] Verificou-se que, pelo menos em algumas ocasiões, a superfície de engate exterior dos segmentos de âncora se desgastou extensivamente.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[007] De acordo com um primeiro aspecto da presente invenção, é fornecida uma ferramenta de ancoragem superior autoenergizante recuperável para travar de forma liberável um tubular no lugar em um revestimento hospedeiro previamente instalado, compreendendo: - um mandril de energização central disposto em torno de um eixo geométrico de ferramenta longitudinal, compreendendo um conjunto de superfícies inclinadas distribuídas em torno de uma circunferência em torno do eixo geométrico de ferramenta longitudinal e voltadas para longe do eixo geométrico da ferramenta, sendo que o mandril de energização central tem uma extremidade inferior e uma extremidade superior, em que a extremidade superior é separada da extremidade inferior em uma direção para cima ao longo do eixo geométrico de ferramenta longitudinal; - um conjunto de segmentos de âncora distribuídos em torno de uma circunferência do mandril de energização central, cada um com uma ou mais superfícies de cunha voltadas para o eixo geométrico da ferramenta, e correspondentes e em engate com as superfícies inclinadas do mandril de energização central, e, através disso, um movimento dirigido para cima do mandril de energização central ao longo do eixo geométrico longitudinal relativo ao conjunto de segmentos de âncora provoca um movimento radialmente para fora do conjunto de segmentos de âncora e, através disso, um movimento para baixo do mandril de energização central ao longo do eixo geométrico longitudinal em relação ao conjunto de segmentos de âncora causa um movimento radialmente para dentro do conjunto de segmentos de âncora; - um furo de ferramenta longitudinal central para engatar uma coluna de transporte de ferramenta que se estende na direção longitudinal e, através disso, a coluna de transporte de ferramenta é móvel através do furo de ferramenta longitudinal central na direção longitudinal; e - um mecanismo de liberação, compreendendo um mecanismo de suspensão que compreende um dispositivo de suspensão em interação com o conjunto de segmentos de âncora e um batente de sub de liberação, disposto dentro do furo de ferramenta central para engatar um batente de sub fornecido na coluna de transporte de ferramenta, sendo que o sub de liberação está em comunicação mecânica com o dispositivo de suspensão para transmitir uma força longitudinal dirigida para cima desde o sub de liberação até o conjunto de segmentos de âncora através do dispositivo de suspensão, sendo que o dito mecanismo de liberação compreende ainda um ou mais membros de mola de liberação pré-carregados travados com um mecanismo de trava de liberação, que, quando o mecanismo de trava de liberação está destravado, exercem uma força de polarização de retração no mandril de energização central na direção para baixo ao longo do eixo geométrico longitudinal em relação ao conjunto de segmentos de âncora.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[008] A invenção será adicionalmente ilustrada a seguir apenas a título de exemplo, e com referência ao desenho não limitativo no qual A Figura 1 mostra esquematicamente um corte transversal de uma ferramenta de ancoragem superior autoenergizante implantada em uma coluna de transporte de ferramenta; A Figura 2 mostra esquematicamente uma vista ampliada de partes da ferramenta de ancoragem superior autoenergizante da Figura 1 em torno do mandril de energização central dos mesmos; A Figura 3 mostra esquematicamente uma vista ampliada de partes de um sub de transmissão de força da ferramenta de ancoragem superior autoenergizante da Figura 1; A Figura 4 mostra esquematicamente a vista ampliada da Figura 2 depois de destravar o mecanismo de trava de liberação da ferramenta de ancoragem superior autoenergizante; As Figuras 5 e 6 mostram esquematicamente estágios sucessivos que levam ao destravamento do mecanismo de trava de liberação da ferramenta de ancoragem superior autoenergizante; e A Figura 7 ilustra esquematicamente a função do guia frontal fornecido na ferramenta de ancoragem superior autoenergizante da Figura 1.

[009] O indivíduo versado na técnica entenderá prontamente que, embora a invenção seja ilustrada com referência a uma ou mais combinações específicas de recursos e medidas, muitos desses recursos e medidas são funcionalmente independentes de outros recursos e medidas, de modo que podem ser aplicados de modo igual ou semelhante independentemente em outras modalidades ou combinações.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[0010] Uma ferramenta de ancoragem superior autoenergizante é proposta no presente documento, que é liberável por um movimento para cima relativo de um sub de liberação contra um batente de sub de liberação dentro do furo de ferramenta central, e que tem um mecanismo de liberação que compreende um ou mais membros de mola de liberação pré-carregados travados com um mecanismo de trava de liberação que, quando o mecanismo de trava de liberação está destravado, exercem uma força de polarização de retração no mandril de energização central na direção para baixo ao longo do eixo geométrico longitudinal em relação ao conjunto de segmentos de âncora.

[0011] Essa força para baixo no mandril de energização central causa um movimento radialmente para dentro do conjunto de segmentos de âncora. Essa força neutraliza outras forças que podem fazer com que os segmentos de âncora sejam implantados parcial ou totalmente, por exemplo, durante a recuperação da ferramenta a partir do furo de sondagem e, portanto, essa força contribui para manter os segmentos de âncora a serem retraídos. Por conseguinte, as superfícies de engate exterior dos segmentos de âncora são menos expostas a desgaste e rompimento durante a recuperação.

[0012] Antes de destravar o mecanismo de trava de liberação, os membros de mola de liberação podem preferivelmente ser liberados de exercer força entre o mandril de energização central e o conjunto de segmentos de âncora, para não causar obstrução ou impedimento ao movimento dos segmentos de âncora para fora durante a ativação e/ou energização da ferramenta de ancoragem como resultado de exercer qualquer força de liberação prematuramente.

[0013] Os membros de mola de liberação são particularmente úteis se a ferramenta for dotada de uma ou mais membros de mola de energização exercendo uma força de polarização de energização no mandril de energização central na direção para baixo ao longo do eixo geométrico longitudinal em relação ao conjunto de segmentos de âncora. Nesse caso, os membros de mola de liberação podem, pelo menos parcialmente, de preferência, compensar completamente a força de polarização de energização exercida pelos membros de mola de energização. Adequadamente, a força de polarização de retração excede a força de polarização de energização.

[0014] A Figura 1 mostra esquematicamente um corte transversal de uma ferramenta de ancoragem superior autoenergizante recuperável. A ferramenta pode ser usada para travar de forma removível um tubular 1 no lugar em um revestimento hospedeiro 2 previamente instalado. O tubular 1 pode ser um tubo de blindagem, revestimento ou forro. Para facilidade de referência, o tubular 1 será abaixo referido como "forro 1”, sem pretender qualquer limitação. Adequadamente, pelo menos uma extremidade superior do tubular 1 é inserida e tem sobreposição com o revestimento hospedeiro 2. A ferramenta é construída em volta de um furo de ferramenta central longitudinal 11, para engatar uma coluna de transporte de ferramenta 12 que se estende em uma direção longitudinal. A coluna de transporte de ferramenta 12 é móvel para cima e para baixo através do furo de ferramenta longitudinal central 11, na direção longitudinal.

[0015] Com referência agora às Figuras 1 e 2, um mandril de energização central 3 é disposto em torno de um eixo geométrico de ferramenta longitudinal L. O eixo geométrico de ferramenta longitudinal L é centralizado no furo de ferramenta longitudinal central 11. O mandril de energização central 3 tem um conjunto de superfícies inclinadas 4 distribuídas em torno de uma circunferência em torno do eixo geométrico de ferramenta longitudinal L, e voltado para longe do eixo geométrico da ferramenta L. O mandril de energização central 3 tem uma extremidade inferior 5 e uma extremidade superior 6. A extremidade superior 6 é separada da extremidade inferior 5 em uma direção para cima U ao longo do eixo geométrico de ferramenta longitudinal L.

[0016] Um conjunto de segmentos de âncora 7 é disposto, sendo que os segmentos de âncora 7 são distribuídos ao redor de uma circunferência do mandril de energização central 3. Cada um dos segmentos de âncora 7 tem uma ou mais superfícies de cunha 8 voltadas para o eixo geométrico de ferramenta L e correspondentes às superfícies inclinadas 4 do mandril de energização central 3. Como resultado da interação dessas superfícies, um movimento direcionado para cima U do mandril de energização central 3 ao longo do eixo geométrico longitudinal L em relação ao conjunto de segmentos de âncora 7 provoca um movimento radialmente para fora do conjunto de segmentos de âncora 7. Inversamente, um movimento para baixo D do mandril de energização central 3 ao longo do eixo geométrico longitudinal L em relação ao conjunto de segmentos de âncora 7 provoca um movimento radialmente para dentro do conjunto de segmentos de âncora 7. Os segmentos de âncora 7 compreendem uma superfície de engate voltada para fora 9 configurada para engatar na parede interna do revestimento hospedeiro 2.

[0017] Adequadamente, os segmentos de âncora 7 estão em engate deslizante nas superfícies inclinadas 4 do mandril de energização central 3 e, através disso, é possível apenas um movimento relativo paralelo à superfície inclinada correspondente. As superfícies de cunha 8 dos segmentos de âncora 7 podem, por exemplo, ser dotadas de uma aresta em forma de cauda de andorinha, que se encaixa em um canal de guia em formato correspondente da superfície inclinada correspondente 4 no mandril de energização central 3 e em conjunto, formando uma junta deslizante de cauda de andorinha. Alternativamente, o canal de guia pode ser fornecido nos segmentos de âncora 7 e na cauda de andorinha no mandril de energização central 3. A superfície de engate voltada para fora 9 dos segmentos de âncora 7, voltada para o revestimento hospedeiro 2, pode ser dotada de dentes 10 para aumentar a preensão com o revestimento hospedeiro 2.

[0018] Na sua extremidade inferior 5, o mandril de energização central 3 está conectado a um sub de transmissão de força 30. O sub de transmissão de força pode compreender um corpo tubular 31 que circunda o furo de ferramenta central 11. O corpo de transmissão de força tubular 31 se estende na direção oposta à extremidade superior 6. Adequadamente, esse corpo de transmissão de força tubular 31 é um elemento separado fixado ao mandril de energização central 3. Entretanto, também pode formar uma parte integral do mandril de energização central 3. Um batente de tubo 32 é fornecido em uma extremidade inferior do corpo de transmissão de força tubular 31. O forro 1 pode engatar no batente de tubo 32 e, quando pressionado contra o batente de tubo 32, a força dirigida para cima do forro contra o batente do tubo é transmitida ao mandril de energização central 3 traduzindo em um movimento para cima do mandril de energização central 3 relativo aos segmentos de âncora 7. Assim, quanto maior a força direcionada para cima, mais a ferramenta de ancoragem superior é energizada, e mais forte é a preensão no revestimento hospedeiro 2. O batente de tubo 32 pode estar permanentemente conectado ao corpo de transmissão de força tubular 31 ou formar uma parte integral do mesmo. No entanto, em certas modalidades vantajosas, o batente de tubo 32 é travado ao corpo de transmissão de força tubular 31 por meio de, por exemplo, um mecanismo de trava de batente de tubo 35. Isso será descrito mais extensivamente em outras partes desta descrição.

[0019] Ainda referente às Figuras 1 e 2, a ferramenta de ancoragem superior autoenergizante é opcionalmente é dotada de um ou mais membros de mola de energização 13, que podem exercer uma força de polarização de energização no mandril de energização central 3 na direção para baixo D ao longo do eixo geométrico longitudinal L em relação ao conjunto de segmentos de âncora 7. Nesse exemplo, os membros de mola de energização 13 são mostrados como engatando com o mandril de energização central 3 através de uma luva 14 que é fixada axialmente ao mandril de energização central 3, e com os segmentos de âncora em uma sua extremidade superior. No entanto, existem muitas modalidades alternativas que alcançam efeitos semelhantes, incluindo a modalidade mostrada na publicação U.S. 2015/0247388.

[0020] A ferramenta de ancoragem superior autoenergizante é ainda dotada de um mecanismo de liberação. Uma modalidade do mecanismo de liberação compreende um mecanismo de suspensão 15. O mecanismo de suspensão 15 compreende um dispositivo de suspensão 16 que interage com o conjunto de segmentos de âncora 7. O dispositivo de suspensão 16 pode ser adequadamente realizado na forma de uma luva ou um anel deslizante axialmente que pode engatar com os segmentos de âncora 7 e empurrar o mesmo na direção para cima. O dispositivo de suspensão 16 também interage com um batente de sub de liberação 17.

[0021] O batente de sub de liberação 17 também é representado na Figura 3 em uma vista ampliada. O batente de sub de liberação 17 está disposto dentro do furo de ferramenta central 11, para engatar um sub de liberação 18 fornecido na coluna de transporte de ferramenta 12. O batente de sub de liberação 17 pode estar localizado em uma extremidade inferior de um detentor de distância 19 que pode ser adequadamente disposto axialmente de modo a deslizar dentro do furo de ferramenta central 11. Adequadamente, o detentor de distância 19 pode ser realizado na forma de uma luva interna. A sua função é estabelecer comunicação mecânica com o dispositivo de suspensão 16, para transmitir uma força longitudinal dirigida para cima desde o sub de liberação 18 até o conjunto de segmentos de âncora 7, através do dispositivo de suspensão 16. Um ou mais membros de ruptura de detentor de distância 33, ou mecanismos de tranca funcionais semelhantes, são fornecidos para prender o detentor de distância 19 na direção longitudinal com o corpo de transmissão de força 31. Esses membros de ruptura de detentor de distância 33 falham (ou o mecanismo destranca de outro modo) mediante a exposição a uma segunda força de ruptura excedendo um segundo valor limite.

[0022] O sub de liberação 18 pode incluir uma nervura que tem um diâmetro exterior aumentado em relação à coluna de transporte da ferramenta 12. A nervura, que pode ser chanfrada, pode atuar como um ressalto de suspensão, como será descrito abaixo.

[0023] O mecanismo de liberação é ainda dotado de um ou mais membros de mola de liberação 20. Antes de serem destravados, os membros de mola de liberação 20 são travados em uma condição pré-carregada por meio de um mecanismo de trava de liberação 25. A função do mecanismo de trava de destravamento 25 é manter os membros de mola de liberação 20 na condição pré-carregada e liberados de exercer qualquer força entre o mandril de energização central 3 e o conjunto de segmentos de âncora 7. O destravamento do mecanismo de trava de liberação 25 é desencadeado por um movimento para cima ao longo do eixo geométrico de ferramenta longitudinal L do batente de sub de liberação 17 em relação ao mecanismo de trava de liberação 25. Para este fim, o mecanismo de trava de liberação 25 pode estar em comunicação mecânica com o batente de sub de liberação 17 adequadamente através do detentor de distância 19.

[0024] O mecanismo de trava de liberação 25 pode ser realizado de várias maneiras. No exemplo mostrado, o mecanismo de trava de liberação 25 é esquematicamente representado por um anel de travamento 21 e um contra- anel 22, mantidos juntos por um membro de ruptura de travamento de liberação 23, e, através disso, os membros de mola de liberação 20 são colocados entre o anel de travamento 21 e o contra-anel 22. Nessa modalidade, o contra-anel 22 é fixado axialmente com a extremidade inferior 5 do mandril de energização central 3. A falha dos membros de ruptura de travamento de liberação 23, mediante uma primeira força de ruptura que excede um primeiro valor limite, faz com que o mecanismo de trava de liberação 25 seja destravado. Quando o mecanismo de trava de liberação 25 é destravado, o anel de travamento 21 pode deslizar para cima sob uma força exercida pelos membros de mola de liberação 20 e exercer uma força de polarização de retração reagente no mandril de energização central 3 na direção para baixo ao longo do eixo geométrico longitudinal em relação ao conjunto de segmentos de âncora 7.

[0025] Adequadamente, o mecanismo de trava de liberação 25 está em comunicação mecânica com o batente de sub de liberação 17, e, através disso, a primeira força de ruptura é transmitida do batente de sub de liberação 17 para os membros de ruptura de travamento de liberação 23 através do detentor de distância 19. Isso é ilustrado nas Figuras 4 a 6.

[0026] Como mostrado nas Figuras 5 e 6, se o batente de sub de liberação 17 é movido para cima, então, o detentor de distância 19 se move para cima. O movimento para cima do detentor de distância 19 pode ser acionado engatando-se o ressalto de suspensão 34 do sub de liberação 18, que é fornecido na coluna de transporte de ferramenta 12, contra o batente de sub de liberação 17, como ilustrado na Figura 5. A Figura 6 ilustra como a extração adicional da coluna de transporte de ferramenta 12 na direção para cima U pode resultar em movimento para cima correspondente do detentor de distância 19. Como melhor ilustrado na Figura 4, como resultado do movimento, a extremidade superior do detentor de distância 19 engata no anel de travamento 21 e, dessa forma, a primeira força de ruptura é aplicada aos membros de ruptura de travamento de liberação 21. Quando esses falham, mediante a primeira força de ruptura exceder o primeiro valor de limiar, o mecanismo de trava de liberação 25 é destravado, e os membros de mola de liberação 20 exercem a sua força de polarização de retração no mandril de energização central 3 na direção para baixo ao longo do eixo geométrico longitudinal L em relação ao conjunto de segmentos de âncora 7. Adequadamente, a força de polarização de retração entre o conjunto de segmentos de âncora 7 e o mandril de energização central 3 é aplicada através do dispositivo de suspensão 16, que suspende os segmentos de âncora 7 em relação ao mandril de energização central 3. O resto da força de liberação é entregue através da interação do detentor de distância 19 contra o dispositivo de suspensão 16. Contudo, se a força de polarização de retração excede a força de polarização de energização, a ferramenta de ancoragem superior autoenergizante é autoliberável, independentemente da força que é entregue através da interação do detentor de distância 19 contra o dispositivo de suspensão 16. Como resultado, os segmentos de âncora 7 permanecerão na posição retraída após destravar o mecanismo de trava de liberação 25.

[0027] A ferramenta de ancoragem superior autoenergizante pode, então, suspensa para fora do furo de sondagem puxando-se a coluna de transporte da ferramenta 12 para fora do furo de sondagem. A ferramenta de ancoragem superior autoenergizante é, então, portada no ressalto de suspensão 34 do sub de liberação 18.

[0028] Adequadamente, ressaltos protetores são fornecidos na ferramenta, com uma circunferência de ressalto externa. Na ilustração esquemática da Figura 1, a luva 14 pode funcionar como tal ressalto protetor. No entanto, os ressaltos protetores também podem ser implementados em partes de ferramenta separadas. A circunferência de ressalto exterior é vantajosamente dimensionada de modo que as superfícies de engate voltadas para fora 9 dos segmentos de âncora 7 se estendam radialmente além da circunferência de ressalto exterior em uma condição ativada de ferramenta, enquanto, na condição retraída de ferramenta, as superfícies de engate voltadas para fora 9 dos segmentos de âncora 7 são retraídas para dentro da circunferência de ressalto exterior. Adequadamente, a condição de retração da ferramenta é alcançada quando a força de polarização de retratação é exercida no mandril de energização central 3, como descrito acima. Dessa forma, as superfícies de engate voltadas para fora 9 dos segmentos de âncora 7 são protegidas contra desgaste e rompimento quando puxar o exterior do furo de sondagem.

[0029] A ferramenta de ancoragem superior autoenergizante destina- se principalmente a cooperar com um expansor 40, que pode ser adequadamente anexado a uma extremidade distal da coluna de transporte de ferramenta 12 abaixo do forro 1 que deve ser expandido. O expansor 40 é puxado através do forro 1, que, desse modo, é forçado para cima contra o batente do tubo 32. Como descrito acima, essa força contribui para a energização da ferramenta de ancoragem superior, que ajuda a fixar o forro 1 em estágios da operação de expansão. No entanto, devido ao esforço axial que se acumula no forro 1 durante a operação de expansão, o forro 1 pode continuar a contribuir para a energização da ferramenta de ancoragem superior quando o sub de liberação 18 engata no batente de sub de liberação 17.

[0030] Para facilitar a liberação da ferramenta de ancoragem superior, um mecanismo de trava de batente de tubo 35 é fornecido. Inicialmente, o batente de tubo 32 está travado longitudinalmente no corpo de transmissão de força tubular 31 com o mecanismo de trava de batente de tubo 35, para impedir que o batente de tubo 32 se mova para cima em relação ao corpo de transmissão de força 31. Assim, com o mecanismo de trava de batente de tubo 35 na condição travada, a força dirigida para cima do forro 1 prensado contra o batente do tubo 32 é transmitida através da sub de transmissão de força 30 para o mandril de energização central 3. Mediante o destravamento do mecanismo de trava de batente de tubo 35, o batente de tubo 32 é liberado para se mover, pelo menos na direção para cima, em relação ao corpo de transmissão de força 31, o que resulta em a transmissão de força para cima a partir do forro 1 para o corpo 31 é desacoplada.

[0031] Uma modalidade adequada do mecanismo de trava de batente de tubo 35, e sua operação, é ilustrada nas Figuras 3, 5 e 6. Nessa modalidade, o batente de tubo 32 é um chanfro ou uma nervura sobre uma luva exterior 37, o qual é disposto sobre o corpo de transmissão de força tubular 31 do sub de transmissão de força 30. A luva exterior 37 é capaz de deslizar longitudinalmente para cima, de tal modo que o esforço axial no forro 1 pode ser aliviado. O mecanismo de trava de batente de tubo 35 trava adequadamente o batente de tubo 32 travando-se a luva exterior 37.

[0032] Independentemente da implementação precisa do batente de tubo 17 na ferramenta, o mecanismo de trava de batente de tubo 35 está, de preferência, em comunicação mecânica com o batente de sub de liberação 17, de tal modo que um movimento para cima ao longo do eixo geométrico de ferramenta longitudinal L do batente de sub 17 em relação ao mecanismo de trava de batente de tubo 35 dispara o destravamento do mecanismo de trava de batente de tubo 35. O desacoplamento axial do forro 1 e o destravamento do mecanismo de trava de liberação 25 podem, como resultado, ser ações inerentemente concertadas. Os membros de ruptura de detentor de distância 33 evitam o destravamento prematuro e/ou mantêm o detentor de distância 19 no lugar antes de destravar.

[0033] A força axial imposta através do forro 1 no corpo de transmissão de força tubular 31 pode ser significativa, o que pode impor requisitos mecânicos específicos no mecanismo de trava de batente de tubo 35. A modalidade mostrada nas Figuras 3, 5 e 6 é um exemplo adequado. Utiliza diversas pinças 36 distribuídas em torno da circunferência interna da luva exterior 37, e cada uma é travada no lugar por um conjunto de rolos 38 que engatam na superfície cilíndrica voltada para fora do detentor de distância 19 que proíbe o movimento radialmente para dentro do colar 36. A superfície voltada para fora da pinça é dotada de um padrão de número de nervuras que se projetam para fora 41, que caem em um padrão inverso correspondente de reentrâncias 42 fornecidas na superfície voltada para dentro cilíndrica da luva exterior 37. A superfície voltada para dentro da pinça é dotada de diversas reentrâncias de receptáculo 39, espaçadas para receber o conjunto de rolos 38. O conjunto de rolos 38 pode rolar até as reentrâncias de receptáculo 39, e, quando os rolos 38 são capturados nessas reentrâncias de receptáculo 39, as pinças 36 podem se mover radialmente para dentro e, desse modo, liberar a luva exterior 37. O mecanismo de trava de batente de tubo 35, assim, é destravado pela ação do movimento para cima do detentor de distância 19 em relação ao corpo de transmissão de força tubular 31.

[0034] Na condição inicial, isto é, antes de o sub de liberação 18 entrar em contato com o batente de sub de liberação 17 e/ou com os membros de ruptura de detentor de distância 33 intactos, a distância longitudinal entre o topo do detentor de distância 19 e o mecanismo de suspensão 15 é maior que uma distância de curso de destravamento longitudinal necessária para destravar o mecanismo de trava de batente de tubo 35 pelo movimento para cima do detentor de distância 19. Isso assegura que o mecanismo de trava de batente de tubo 35 esteja sempre destravado antes de os segmentos de âncora 7 serem levantados.

[0035] A Figura 5 mostra o sub de liberação 18 em contato com o batente de sub de liberação 17, mas não pode passar pelo mesmo. A Figura 6 mostra que a força aplicada pelo sub de liberação 18 provoca um movimento para cima do detentor de distância 19 com o sub de liberação 18. Como resultado do movimento do detentor de distância 19, os conjuntos de rolos 38 começam a rolar até alcançarem as reentrâncias de receptáculo 39 e, assim, destravam as pinças 36 de modo que a luva exterior 37 seja liberada e possa deslizar sobre o corpo de transmissão de força tubular 31. O curso da luva exterior 37 é suficiente para permitir que qualquer esforço axial desenvolvido no forro 1 seja liberado.

[0036] Mediante um movimento para cima adicional, o detentor de distância 19 entra em contato com o mecanismo de suspensão 15 e/ou o mecanismo de trava de liberação 25. Após algum movimento adicional, o mandril de energização central 3 não transmite mais carga aos segmentos de âncora 7, de modo que este último pode ser suspenso pelo detentor de distância 19 assistido pela força de polarização de retração. Subsequentemente, a ferramenta de ancoragem superior autoenergizante é conduzida para fora do furo pelo sub de liberação 18 através do detentor de distância.

[0037] Conforme melhor ilustrado na Figura 7, o corpo de transmissão de força tubular 31 pode, adequadamente, ser dotado de uma extremidade inferior afunilada para dentro, que forma uma guia frontal 45. Por exemplo, o diâmetro externo da extremidade inferior do corpo tubular 31 (visto em corte transversal) está diminuindo gradualmente quando considerado em pontos indo para baixo na direção longitudinal. Este guia frontal 45 é projetado de tal forma que a ponta do guia frontal 45 (que tem o menor diâmetro externo) entrará no topo do forro 1 quando esses dois se aproximarem, mesmo quando o forro 1 estiver deslizando de um lado do revestimento hospedeiro 2 enquanto a ferramenta de ancoragem superior autoenergizante está em um lado diametralmente oposto do revestimento hospedeiro 2. O menor diâmetro externo do guia frontal 45 pode ser facilmente calculado para qualquer diâmetro interno dado do revestimento hospedeiro 2 e do forro 1, dependendo da geometria da ferramenta. Com esse guia frontal 45, mesmo se houver uma separação longitudinal da ferramenta de ancoragem superior autoenergizante do forro 1, o forro 1 encontrará o batente de tubo 32. Isso elimina a necessidade de um longo tubo de lavagem (como, por exemplo, mostrado na Figura 1 do pedido Internacional No PCT/EP2016/065113) que se estende de forma permanente de modo deslizante para o topo do forro 1, enquanto ainda permite alongamento e encurtamento mecânicos e térmicos do forro 1 durante a montagem e o funcionamento no furo de sondagem.

[0038] Concebeu-se que o mecanismo de trava de batente de tubo 35 e/ou o guia frontal 45, cada um descrito no presente documento, podem ser aplicados a outros modelos de ferramenta de ancoragem superior autoenergizante, incluindo modelos que não empregam um mecanismo de trava de liberação e/ou membros de mola de liberação. Exemplos de tais projetos são fornecidos, por exemplo, na publicação de pré-concessão dos no U.S. 2015/0247388 e na patente no U.S. 8.899.336.

[0039] O projeto e a implementação precisos das várias partes e funcionalidades da ferramenta e do mecanismo de trava de liberação 25, conforme mostrado no presente documento, não limitam a divulgação. O versado na técnica concordará que todos os tipos de soluções estão disponíveis em práticas de engenharia mecânica que são capazes de realizar a funcionalidade básica do mecanismo de trava de liberação 25 como descrito no presente documento. Por exemplo, a funcionalidade dos elementos de ruptura de trava de liberação 23 pode ser proporcionada por um mecanismo de pinça e/ou tranca, que é empurrado para o lado e/ou destravado pela ação do detentor de distância 19.

[0040] A coluna de transporte de ferramenta 12 pode ainda ser dotada de um sub ligado/desligado (não mostrado) que permite que o expansor 40 (ou outra ferramenta) seja conectado e/ou desconectado da coluna de transporte de ferramenta 12, se necessário. O sub liga/desliga está adequadamente disposto entre o sub de liberação 18 e o expansor 40, de modo que, depois de desconectar o expansor 40, a ferramenta de ancoragem superior autoenergizante ainda pode ser suspensa para fora do furo de sondagem por meio do sub de liberação 18.

[0041] É ainda destacado que os membros de mola, nos desenhos, representados esquematicamente por linhas em ziguezague, podem ser incorporados em muitas formas sem limitação. As possibilidades incluem molas mecânicas, discos de molas, materiais elásticos resilientes, como blocos de borracha flexíveis, molas hidráulicas ou pneumáticas e combinações de duas ou mais opções.

[0042] Várias partes e características da ferramenta descrita no presente documento foram descritas em detalhes na publicação de pré- concessão no U.S. 2015/0247388 A1, que é incorporado ao presente documento a título de referência. Além disso, os conteúdos da publicação de pré-concessão no U.S. 2013/0312954 A1 e do pedido de patente internacional no PCT/EP2016/065113 são incorporados ao presente documento a título de referência.

[0043] Os termos “superior”, “inferior”, “para cima” e “para baixo” se destinam a identificar duas extremidades distintas da ferramenta SETA no seu eixo geométrico de ferramenta longitudinal e direções longitudinais em relação a essas duas extremidades. Os termos não se destinam a implicar qualquer direção em relação à gravidade. No entanto, certas modalidades da ferramenta SETA divulgadas no presente documento se destinam a serem inseridas no furo de sondagem com a extremidade superior seguindo a extremidade inferior.

[0044] Um indivíduo versado na técnica entenderá que a presente invenção pode ser realizada de muitas maneiras diferentes sem se afastar do escopo das reivindicações anexas.

Claims (15)

1. Ferramenta de ancoragem superior autoenergizante recuperável para travar de forma liberável um tubular no lugar em um revestimento hospedeiro previamente instalado, compreendendo: - um mandril de energização central (3) disposto em torno de um eixo geométrico de ferramenta longitudinal (L), compreendendo um conjunto de superfícies inclinadas (4) distribuídas em torno de uma circunferência sobre o eixo geométrico de ferramenta longitudinal (L) e voltadas para longe do eixo geométrico da ferramenta, o dito mandril de energização central (3) tendo uma extremidade inferior (5) e uma extremidade superior (6), em que a extremidade superior (6) é separada da extremidade inferior (5) em uma direção para cima (U) ao longo do eixo geométrico de ferramenta longitudinal (L); - um conjunto de segmentos de âncora (7) distribuídos em torno de uma circunferência do mandril de energização central (3), cada um tendo uma ou mais superfícies de cunha (8) voltadas para o eixo geométrico da ferramenta (L) e correspondentes e em engate com as superfícies inclinadas (4) do mandril de energização central (3), por meio de que um movimento dirigido para cima (U) do mandril de energização central (3) ao longo do eixo geométrico longitudinal (L) relativo ao conjunto de segmentos de âncora (7) causa um movimento radialmente para fora do conjunto de segmentos de âncora (7) e, por meio de que um movimento para baixo (D) do mandril de energização central (3) ao longo do eixo geométrico longitudinal (L) em relação ao conjunto de segmentos de âncora (7) causa um movimento radialmente para dentro do conjunto de segmentos de âncora (7); - um furo de ferramenta longitudinal central (11) para engatar com uma coluna de transporte de ferramenta (12) que se estende na direção longitudinal, por meio de que a coluna de transporte de ferramenta (12) é móvel através do furo de ferramenta longitudinal central (11) na direção longitudinal; e - um mecanismo de liberação; caracterizada pelo fato de que o dito mecanismo de liberação compreende um mecanismo de suspensão (15) que compreende um dispositivo de suspensão (16) em interação com o conjunto de segmentos de âncora (7) e um batente de sub de liberação (17), disposto dentro do furo de ferramenta central (11) para engatar um sub de liberação (18) fornecido na coluna de transporte de ferramenta (12), sendo que o batente de sub de liberação (17) está em comunicação mecânica com o dispositivo de suspensão (16) para transmitir uma força longitudinal dirigida para cima (U) desde o sub de liberação (18) até o conjunto de segmentos de âncora (7) através do dispositivo de suspensão (16), e em que o dito mecanismo de liberação compreende ainda um ou mais membros de mola de liberação pré-carregados (20) travados com um mecanismo de trava de liberação (25), que, quando o mecanismo de trava de liberação (25) está destravado, exercem uma força de polarização de retração no mandril de energização central (3) na direção para baixo (D) ao longo do eixo geométrico longitudinal (L) em relação ao conjunto de segmentos de âncora (7).

2. Ferramenta de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que, antes de destravar o mecanismo de trava de liberação (25), os membros de mola de liberação (20) são liberados de exercer força entre o mandril de energização central (3) e o conjunto de segmentos de âncora (7).

3. Ferramenta de acordo com a reivindicação 1 ou reivindicação 2, caracterizada pelo fato de que compreende ainda: - um ou mais membros de mola de energização (13) exercendo uma força de polarização de energização no mandril de energização central (3) em direção para baixo (D) ao longo do eixo geométrico longitudinal (L) em relação ao conjunto de segmentos de âncora (7).

4. Ferramenta de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo fato de que a força de polarização de retração excede a força de polarização de energização.

5. Ferramenta de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizada pelo fato de que o mecanismo de trava de liberação (25) está em comunicação mecânica com o batente de sub de liberação (17), por meio de que um movimento para cima (U) ao longo do eixo geométrico de ferramenta longitudinal (L) do batente de sub de liberação (17) em relação ao mecanismo de trava liberação (25) aciona o destravamento do mecanismo de trava de liberação (25).

6. Ferramenta de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizada pelo fato de que o mecanismo de trava de liberação (25) compreende um ou mais membros de ruptura de trava de liberação (23), e em que o mecanismo de trava de liberação (25) está em comunicação mecânica com o batente de sub de liberação (17) para transmitir uma primeira força de ruptura para os membros de ruptura de trava de liberação (23), e em que a falha dos membros de ruptura de trava de liberação (23) mediante a primeira força de ruptura excedendo um primeiro valor limite faz com que o mecanismo de trava de liberação (25) seja destravado.

7. Ferramenta de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizada pelo fato de que compreende ainda um ou mais ressaltos de proteção tendo uma circunferência de ressalto exterior, em que cada um dos segmentos de âncora (7) compreende uma superfície de engate voltada para fora (9) que se estende radialmente para além da circunferência de ressalto exterior em uma condição ativada e que é retraída para dentro da circunferência de ressalto exterior quando a força de polarização de retração é exercida no mandril de energização central (3).

8. Ferramenta de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizada pelo fato de que o mandril de energização central (3) na extremidade inferior (5) do mesmo compreende um sub de transmissão de força (30) que compreende um corpo de transmissão de força tubular (31) que circunda o furo de ferramenta central (11) e que se estende na direção contrária à extremidade superior (6), em que um batente de tubo (32) é fornecido no corpo de transmissão de força tubular (31), por meio de que uma força dirigida para cima (U) de um tubular (1) pressionado contra o batente de tubo (32) é transmitida para o mandril de energização central (3).

9. Ferramenta de acordo com a reivindicação 8, caracterizada pelo fato de que o batente de tubo (32) é longitudinalmente travado ao corpo de transmissão de força tubular (31) com um mecanismo de trava de batente de tubo (35) impedindo o movimento do batente de tubo (32) em relação ao corpo de transmissão de força (31) na direção longitudinal (L), por meio de que uma força dirigida para cima (U) imposta pelo tubular (1) pressionado contra o batente de tubo (32) é transmitida através do mecanismo de trava (35) ao sub de transmissão de força (30) para o mandril de energização central (3), por meio de que o mecanismo de trava de batente de tubo (35) pode ser destravado para que o batente de tubo (32) seja liberado para se mover em direção longitudinal (L) em relação ao corpo de transmissão de força tubular (31).

10. Ferramenta de acordo com a reivindicação 9, caracterizada pelo fato de que o referido mecanismo de trava de batente de tubo (35) está em comunicação mecânica com o batente de sub de liberação (17), por meio de que um movimento para cima (U) ao longo do eixo geométrico de ferramenta longitudinal (L) do batente de sub de liberação (17) em relação ao mecanismo de trava de batente de tubo (35) aciona o destravamento do mecanismo de trava de batente de tubo (35).

11. Ferramenta de acordo com a reivindicação 10, caracterizada pelo fato de que o sub de transmissão de força (30) compreende um detentor de distância (19) que se estende entre o batente de sub de liberação (17) e o mecanismo de trava de liberação (25), sendo que o detentor de distância (19) é deslizável longitudinalmente em direção para cima em relação ao corpo de transmissão de força tubular (31), e em que o batente de sub de liberação (17) se comunica mecanicamente com o mecanismo de trava de liberação (25) por meio do detentor de distância (19).

12. Ferramenta de acordo com a reivindicação 11, caracterizada pelo fato de que compreende ainda um ou mais membros de ruptura de detentor de distância (33) fixando o detentor de distância (19) na direção longitudinal com o corpo de transmissão de força tubular (31), cujos membros de ruptura de detentor de distância (33) falham após a exposição a uma segunda força de ruptura excedendo um segundo valor de limiar.

13. Ferramenta de acordo com a reivindicação 11 ou reivindicação 12, caracterizada pelo fato de que o batente de tubo (32) forma parte de uma luva exterior (37) disposta de modo deslizante no corpo de transmissão de força tubular (31) na direção longitudinal, por meio de que a luva exterior (37) é configurada de modo deslizante sobre o corpo de transmissão de força tubular (31) para cima na direção longitudinal (L).

14. Ferramenta de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 13, caracterizada pelo fato de que o mecanismo de trava de batente de tubo (35) é destravado pela ação do movimento para cima do detentor de distância (19) em relação ao corpo de transmissão de força (31).

15. Ferramenta de acordo com a reivindicação 14, caracterizada pelo fato de que, na condição inicial, a distância longitudinal entre o topo do detentor de distância (19) e o mecanismo de suspensão (15) é maior do que uma distância de curso de destravamento longitudinal necessária para destravar o mecanismo de trava de batente de tubo (35) pelo movimento para cima de dito detentor de distância (19).