BR112020009903A2

BR112020009903A2 - dispositivo de ferramenta de poço compreendendo um sistema de catraca

Info

Publication number: BR112020009903A2
Application number: BR112020009903-1A
Authority: BR
Inventors: Espen Hiorth; Terje Stormo
Original assignee: Interwell Norway As
Priority date: 2017-11-21
Filing date: 2018-09-14
Publication date: 2020-10-13
Also published as: NO343733B1; EP3714129A1; WO2019101387A1; DK3714129T3; MX2020005225A; US20200270961A1; EP3714129B1; US11268336B2

Abstract

A presente invenção se refere a um dispositivo de ferramenta de poço (1) compreendendo um dispositivo de mandril (10) possuindo um eixo geométrico central axial (I); um dispositivo de alojamento (20) proporcionado radialmente no exterior do dispositivo de mandril (10) e um sistema de catraca (30). O sistema de catraca compreende uma área de superfície externa ranhurada (32) do dispositivo de mandril (10), um primeiro anel de bloqueio (40) compreendendo uma área de superfície interna ranhurada (42) engatada com a área de superfície externa ranhurada (32) do dispositivo de mandril (10), uma área de superfície externa ranhurada (44) e uma fenda axial (41) possibilitando expansão radial do primeiro anel de bloqueio (40). O primeiro anel de bloqueio (40) é engatado com o alojamento externo (20). O sistema de catraca (30) é configurado para possibilitar movimentação axial relativa entre o dispositivo de mandril (10) e o primeiro anel de bloqueio (40) em uma primeira direção axial (A) e para prevenir movimentação axial relativa entre o dispositivo de mandril (10) e o anel de bloqueio (40) em uma segunda direção (B) oposta da primeira direção (A). O sistema de catraca (30) adicionalmente compreende um segundo anel de bloqueio (50) proporcionado radialmente no exterior do primeiro anel de bloqueio (40), o segundo anel de bloqueio (50) compreendendo uma área de superfície interna ranhurada (52) engatada com a área de superfície externa ranhurada (42) do primeiro anel de bloqueio (40), e uma fenda axial (51) possibilitando expansão radial do segundo anel de bloqueio (50). O segundo anel de bloqueio (50) é engatado com o alojamento externo (20).

Description

”DISPOSITIVO DE FERRAMENTA DE POÇO COMPREENDENDO UM SISTEMA DE CATRACA“ CAMPO TÉCNICO DA INVENÇÃO

[0001] A presente invenção se refere a um dispositivo de ferramenta de poço compreendendo um sistema de catraca.

PANORAMA E ESTADO DA TÉCNICA DA INVENÇÃO

[0002] Algumas ferramentas de poço para poços de petróleo e/ou gás compreendem dispositivos de ancoragem. Uma tal ferramenta de poço funciona para o poço em um estado de funcionamento ou radialmente retraído. Em uma localização desejada, a ferramenta é concretizada para seu estado fixo ou radialmente retraído, onde a ferramenta é fixada para a superfície interna da tubulação de poço por intermédio de seus dispositivos de ancoragem. Algumas destas ferramentas são recuperáveis, isto é, elas podem ser concretizadas a partir do estado fixo para um estado recuperável ou radialmente retraído novamente, para facilitar a recuperação da ferramenta para fora a partir do poço.

[0003] Outras ferramentas de poço, tais como plugues de ponte, straddles, etc., compreendem um elemento de vedação adicional que é radialmente expandido em direção da superfície interna do poço para prevenir fluxo de fluido axial entre as laterais superior e inferior do elemento de vedação.

[0004] As ferramentas de poço acima referidas podem ser concretizadas entre seus estados retraído e expandido por intermédio de um deslocamento axial relativo entre um dispositivo de mandril interno e um dispositivo de alojamento externo da ferramenta de poço.

[0005] Um sistema de catraca é freqüentemente utilizado em tais ferramentas. Um tal sistema de catraca do estado da técnica (30) é mostrado nas Figuras 1a – 1d e 2a – 2b compreendendo uma área de superfície externa ranhurada (32) proporcionada sobre o exterior do dispositivo de mandril (10), um anel de bloqueio (40) e uma área de superfície interna ranhurada (34) proporcionada sobre o interior do dispositivo de alojamento externo (20).

[0006] O anel de bloqueio (40) compreende uma área de superfície interna ranhurada (42) para engate com a área de superfície externa ranhurada (32) do dispositivo de mandril (10) e uma área de superfície externa ranhurada (44) para engate com a área de superfície interna ranhurada (34) do alojamento externo (20).

[0007] Movimentação axial entre o dispositivo de mandril (10) e o anel de bloqueio (40) é possibilitada em uma primeira direção (A) quando o anel de bloqueio (40) é engatado com o dispositivo de mandril (10) enquanto movimentação entre o dispositivo de mandril (10) e o anel de bloqueio (40) é prevenida em uma segunda direção (B) oposta da primeira direção (A) (Figura 2b). Portanto, o sistema de catraca (30) pode ser considerado como o mecanismo de bloqueio para prevenção de movimentação axial relativa entre duas partes em uma direção somente.

[0008] Deve ser observado que não existe nenhuma movimentação axial entre o alojamento externo (20) e o anel de bloqueio (40). O alojamento externo (20) e o anel de bloqueio (40) podem não ser fixados um para o outro, na medida em que o anel de bloqueio (40) tem que ser possibilitado para radialmente se expandir na medida em que sua área de superfície interna ranhurada (42) se movimenta relativamente para a área de superfície externa ranhurada (32) na direção possibilitada (A). O anel de bloqueio (40) compreende uma fenda axial (41) para possibilitar tal expansão radial do anel de bloqueio (40). Para prevenir movimentação axial relativa entre o alojamento externo (20) e o anel de bloqueio (40), o número de ranhuras por unidade de comprimento sobre a superfície externa (44) do anel de bloqueio (40) é tipicamente metade do número de ranhuras por unidade de comprimento sobre a superfície interna (42) do anel de bloqueio (40).

[0009] O sistema de catraca é tipicamente utilizado para possibilitar que a ferramenta venha a ser trazida a partir do estado retraído para o estado expandido enquanto prevenindo que a ferramenta venha a ir a partir do estado expandido e de volta para o estado retraído novamente, na medida em que isto irá provocar uma liberação indesejada da ferramenta com respeito para a superfície interna da tubulação de poço.

[0010] Nas patentes norueguesas números NO 340816 e NO 20141476 (Interwell) um sistema de catraca liberável é descrito como possuir dois estados, um primeiro estado onde o sistema de catraca funciona como um sistema de catraca normal, isto é, em que movimentação entre o dispositivo de mandril e o anel de bloqueio é possibilitada em uma direção somente, e um segundo estado onde movimentação entre o dispositivo de mandril e o anel de bloqueio é possibilitada em ambas as direções.

[0011] Alguns anéis de bloqueio do estado da técnica possuem uma superfície externa rosqueada ou em escotilha (hatched) para conexão mecânica para o dispositivo de alojamento da ferramenta. O propósito da conexão mecânica entre o dispositivo de alojamento e o anel de bloqueio é o de possibilitar a pequena expansão temporária anteriormente mencionada do diâmetro do anel de bloqueio (10) dentro do alojamento.

[0012] Uma desvantagem com a solução acima referida é a de que uma pequena movimentação axial relativa entre o alojamento (20) e o anel de bloqueio (40) é inerentemente possibilitada devida para o fato da natureza de tais conexões ranhuradas. Esta movimentação para trás é freqüentemente referida como folga. Na Figura 2b, esta folga entre o alojamento externo (20) e o anel de bloqueio (40) é indicada com a flecha (BL20).

[0013] Irá existir freqüentemente uma folga entre o anel de bloqueio (40) e o dispositivo de mandril (10). Esta folga é indicada com a flecha (BL10) na Figura 2. A folga máxima (BL10) é indicada na Figura 2a. Tipicamente, a folga (BL10) irá ser menor do que a folga (BL20). Tal folga é indesejada, na medida em que a ferramenta de poço irá afrouxar (se soltar) de seu engate com a superfície interna da tubulação de poço.

[0014] Tipicamente, molas são utilizadas para prevenir ou reduzir a folga acima. Tais molas contribuem para o comprimento e complexibilidade da ferramenta de poço.

[0015] Portanto, um objetivo da presente invenção é o de reduzir a folga de sistemas de catraca de ferramentas de poço. Ainda um outro objetivo da presente invenção é o de reduzir a necessidade de molas para prevenir tal folga.

[0016] Uma solução para este problema poderia ser a de transferir forças entre o alojamento externo (20) e o anel de bloqueio (40) por intermédio das superfícies de extremidade anular voltando-se axialmente (45) do anel de bloqueio (40).

[0017] Uma desvantagem com esta solução é a de que para pressões mais altas, uma maior área para transferência de forças axiais entre o alojamento externo e o anel de bloqueio (40) é necessitada. Uma área aumentada é somente conseguida por aumento da espessura (T40) (Figura 2b) do anel de bloqueio (40), na medida em que um aumento do diâmetro (D40) (Figura 2a) para o anel de bloqueio não é possibilitado devido para o fato do diâmetro máximo da tubulação de poço na qual a ferramenta é para ser utilizada. Qualquer tal aumento em espessura provoca que o anel de bloqueio venha a ser mais rígido e menos flexível. Durante o desenvolvimento da presente invenção, tais anéis de bloqueio mais espessos foram testados. Durante estes testes, foi descoberto que quando o anel de bloqueio foi pressionado ascendentemente sobre as roscas do dispositivo de mandril, o anel de bloqueio se torna radialmente expandido. Entretanto, devido para o fato da rigidez do anel de bloqueio, o anel de bloqueio não se retrai radialmente como esperado mais tarde – o anel de bloqueio sofre deformação plástica, provocando um engate reduzido entre as roscas voltando-se exteriormente do dispositivo de mandril e as roscas voltando-se interiormente do anel de bloqueio.

[0018] As áreas de superfície ranhuradas acima podem ser proporcionadas como filamentos (estrias), isto é, como trilhas configuradas em espiral. Aqui, a montagem do sistema de catraca pode ser desempenhada por aparafusamento das diferentes partes do sistema de catraca juntamente. Alternativamente, as áreas de superfícies ranhuradas podem ser proporcionadas como trilhas configuradas em anel. Aqui, o anel de bloqueio do sistema de catraca tem que ser radialmente expandido durante a montagem. Para o anel de bloqueio acima citado com espessura aumentada, uma ferramenta poderosa tem que ser utilizada para forçar a abertura do anel de bloqueio durante montagem. Novamente, existe um risco de deformação plástica do anel de bloqueio.

[0019] Em adição, foi descoberto que durante a fixação de um plugue com um tal anel de bloqueio, uma maior proporção da força de fixação disponível irá ser utilizada para movimentar o sistema de catraca, provocando que uma menor proporção da força de fixação disponível venha a comprimir o elemento de vedação do plugue em direção da superfície interna da tubulação de poço, o que negativamente afeta a taxa de pressão do plugue.

[0020] Portanto, um outro objetivo da presente invenção é o de proporcionar uma ferramenta de poço com um sistema de catraca que não afeta outras partes da ferramenta de poço negativamente.

[0021] Como para muitas de tais ferramentas de poço, o objetivo da presente invenção é o de proporcionar ferramentas de poço que podem resistir às temperaturas mais altas e às pressões mais altas.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0022] A presente invenção se refere a um dispositivo de ferramenta de poço compreendendo: - um dispositivo de mandril possuindo um eixo geométrico central axial; - um dispositivo de alojamento proporcionado radialmente no exterior do dispositivo de mandril; - um sistema de catraca compreendendo: - uma área de superfície externa ranhurada do dispositivo de mandril; - um primeiro anel de bloqueio compreendendo uma área de superfície interna ranhurada engatada com a área de superfície externa ranhurada do dispositivo de mandril, uma área de superfície externa ranhurada e uma fenda axial possibilitando expansão radial do primeiro anel de bloqueio, onde o primeiro anel de bloqueio é engatado com o alojamento externo; - onde o sistema de catraca é configurado para possibilitar movimentação axial relativa entre o dispositivo de mandril e o primeiro anel de bloqueio em uma primeira direção axial e para prevenir movimentação axial relativa entre o dispositivo de mandril e o anel de bloqueio em uma segunda direção oposta da primeira direção; caracterizado pelo fato de que o sistema de catraca adicionalmente compreende: - um segundo anel de bloqueio proporcionado radialmente no exterior do primeiro anel de bloqueio, o segundo anel de bloqueio compreendendo uma área de superfície interna ranhurada engatada com a área de superfície externa ranhurada do primeiro anel de bloqueio,

e uma fenda axial possibilitando expansão radial do segundo anel de bloqueio, onde o segundo anel de bloqueio é engatado com o alojamento externo.

[0023] Em um aspecto, as áreas de superfície interna e externa ranhuradas do primeiro e segundo anéis de bloqueio previnem movimentação axial relativa entre o primeiro e segundo anéis de bloqueio.

[0024] No caso em que as áreas de superfície interna e externa ranhuradas compreendem trilhas configuradas em anel, nenhuma movimentação relativa irá ocorrer entre o primeiro e segundo anéis de bloqueio. Entretanto, no caso em que as áreas de superfície interna e externa ranhuradas compreendem trilhas configuradas em espiral, uma pequena movimentação axial relativa pode ocorrer entre o primeiro e segundo anéis de bloqueio durante a expansão radial dos anéis de bloqueio, isto é, durante a movimentação axial relativa entre o anel de bloqueio e o dispositivo de mandril na primeira direção axial.

[0025] Em um aspecto, as áreas de superfície interna e externa ranhuradas do primeiro e segundo anéis de bloqueio permitem movimentação circunferencial relativa entre o primeiro e segundo anéis de bloqueio.

[0026] Isto é conseguido por orientação das trilhas das áreas de superfície interna e externa ranhuradas perpendicularmente para o eixo geométrico longitudinal (I) ou substancialmente perpendicularmente para o eixo geométrico longitudinal (I).

[0027] Em um aspecto, o sistema de catraca compreende:

- um primeiro elemento se projetando para dentro a partir do interior do dispositivo de alojamento; - um segundo elemento se projetando para dentro a partir do interior do dispositivo de alojamento em uma distância axial a partir do primeiro elemento; - onde o primeiro e segundo anéis de bloqueio são proporcionados axialmente entre o primeiro e segundo elementos; - onde o primeiro elemento se projetando para dentro compreende uma primeira superfície de suporte para transferência de forças axiais entre o dispositivo de alojamento e superfícies de extremidade inferiores do primeiro e segundo anéis de bloqueio; - onde o segundo elemento se projetando para dentro compreende uma segunda superfície de suporte para transferência de forças axiais entre o dispositivo de alojamento e superfícies de extremidade superiores do primeiro e segundo anéis de bloqueio.

[0028] Alternativamente, o primeiro e segundo elementos podem ser proporcionados como uma parte do dispositivo de alojamento, alternativamente eles podem ser fixados para ou conectados para o dispositivo de alojamento. Preferivelmente, o primeiro e segundo elementos são elementos de anel para proporcionar superfícies de contato tão grandes quanto possíveis com respeito para os anéis de bloqueio.

[0029] Em um aspecto, um comprimento axial do primeiro anel de bloqueio é igual para um comprimento axial do segundo anel de bloqueio.

[0030] Em um aspecto, a distância axial é igual para o comprimento axial do primeiro anel de bloqueio e/ou do segundo anel de bloqueio.

[0031] Alternativamente, a distância axial pode ser igual para o comprimento axial do primeiro anel de bloqueio e/ou do segundo anel de bloqueio mais um adicional comprimento para assegurar que os elementos não previnem expansão radial dos anéis de bloqueio devido para o fato da fricção entre os anéis de bloqueio e os elementos. O adicional comprimento é mais curto do que a distância entre as trilhas da área de superfície interna e externa ranhurada do anel de bloqueio e dispositivo de mandril. Portanto, este adicional comprimento não contribui para uma folga aumentada para a ferramenta de poço.

[0032] Em um aspecto, o sistema de catraca compreende um anel proporcionado radialmente entre a superfície externa do dispositivo de mandril interno e a superfície interna do dispositivo de alojamento externo e axialmente entre o primeiro e segundo elementos.

[0033] O diâmetro do anel é maior do que o diâmetro externo do anel de bloqueio externo em seu estado inicial, por intermédio disso possibilitando expansão radial dos anéis de bloqueio.

[0034] Em um aspecto, as fendas do primeiro e segundo anéis de bloqueio são inicialmente alinhadas uma com a outra.

[0035] Em um aspecto, o sistema de catraca adicionalmente compreende um terceiro anel de bloqueio proporcionado radialmente no exterior do segundo anel de bloqueio, o segundo anel de bloqueio compreendendo uma área de superfície externa ranhurada, o terceiro anel de bloqueio compreendendo uma área de superfície interna ranhurada engatada com a área de superfície externa ranhurada do segundo anel de bloqueio, e uma fenda axial possibilitando expansão radial do terceiro anel de bloqueio, onde o terceiro anel de bloqueio é engatado com o alojamento externo.

[0036] Evidentemente, quando este terceiro anel de bloqueio é o anel de bloqueio externo, o diâmetro do anel é maior do que o diâmetro externo do terceiro anel de bloqueio em seu estado inicial.

[0037] Em um aspecto, a espessura do segundo anel de bloqueio é maior do que espessura do primeiro anel de bloqueio.

[0038] O dispositivo de ferramenta de poço acima referido possui um eixo geométrico central longitudinal, onde o dispositivo de ferramenta de poço é inserido axialmente para um poço de petróleo e/ou gás, isto é, com seu eixo geométrico central longitudinal em uma direção paralela para o ou coincidindo com o, eixo geométrico central de poço. O termo “superior” se refere para uma parte do dispositivo de ferramenta de poço sendo relativamente mais próxima para a extremidade de topo do poço, enquanto o termo “inferior” se refere para uma parte do dispositivo de ferramenta de poço sendo relativamente mais próxima para a extremidade de fundo do poço. Nos presentes desenhos, a lateral esquerda dos desenhos é considerada como sendo a lateral superior, enquanto a lateral direita dos desenhos é considerada como sendo a lateral inferior.

[0039] Os termos “externo”, “exterior”,

“externamente” se referem para uma parte do dispositivo de ferramenta de poço voltando-se para fora a partir do eixo geométrico central longitudinal, enquanto os termos “interno”, “interior” ou “internamente” se referem para uma parte do dispositivo de ferramenta de poço voltando-se em direção do eixo geométrico central longitudinal.

[0040] Em concordância com a presente invenção, é conseguido que o deslocamento axial relativo entre o dispositivo de alojamento e o dispositivo de bloqueio venha a ser reduzido. Ainda irá existir deslocamento axial relativo entre o dispositivo de mandril e o dispositivo de bloqueio. Entretanto, o deslocamento axial relativo entre o dispositivo de alojamento e o dispositivo de bloqueio no estado da técnica tenha sido consideravelmente maior (isto é, tipicamente duas vezes tão grande) do que o deslocamento axial relativo entre o dispositivo de mandril e o dispositivo de bloqueio e, portanto, o deslocamento axial total entre o dispositivo de mandril e o dispositivo de alojamento é reduzido.

[0041] A ferramenta Interwell ECJ (Expandable Junk Catcher) é vendida e comercializada pela Interwell. Esta ferramenta compreende um dispositivo de guia de sucata expansível (descrito na patente norueguesa número NO 20121377) e um dispositivo de ancoragem que são radialmente expandidos em direção da superfície interna da tubulação de poço para segurar (fixar) a ferramenta na localização desejada no poço. Um sistema de catraca do estado da técnica foi utilizado nesta ferramenta para bloquear o dispositivo de alojamento para o dispositivo de mandril no estado radialmente expandido. Entretanto, devido para o fato do deslocamento axial relativo possibilitado pelo sistema de catraca do estado da técnica, um dispositivo de mola foi necessitado na ferramenta para prevenir ou pelo menos para reduzir o deslocamento axial relativo. Por substituição do sistema de catraca do estado da técnica pelo sistema de catraca da presente invenção, o dispositivo de mola pode ser substituído por um dispositivo de mola relativamente menor, o que contribui para um custo mais baixo e um comprimento mais curto da ferramenta.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0042] Concretizações da presente invenção irão agora ser descritas com referência para os desenhos acompanhantes, nos quais:

[0043] A Figura 1a ilustra uma vista em perspectiva de um dispositivo de mandril do estado da técnica;

[0044] A Figura 1b ilustra uma vista em perspectiva de um anel de bloqueio do estado da técnica;

[0045] A Figura 1c ilustra uma vista em perspectiva do anel de bloqueio do estado da técnica engatado com o dispositivo de mandril do estado da técnica;

[0046] A Figura 1d ilustra uma vista em perspectiva de um dispositivo de alojamento externo do estado da técnica engatado com o anel de bloqueio, isto é, todas as partes do sistema de catraca da ferramenta de poço foram montadas;

[0047] A Figura 2a ilustra uma vista lateral de seção transversal da Figura 1d;

[0048] A Figura 2b ilustra uma vista ampliada da caixa tracejada da Figura 2a;

[0049] A Figura 3a ilustra uma vista em perspectiva de um primeiro anel de bloqueio do sistema de catraca;

[0050] A Figura 3b ilustra uma vista em perspectiva do segundo anel de bloqueio do sistema de catraca;

[0051] A Figura 3c ilustra uma vista em perspectiva do primeiro e segundo anéis de bloqueio engatados um com o outro;

[0052] A Figura 3d ilustra uma vista frontal da Figura 3c;

[0053] A Figura 4a ilustra uma vista em perspectiva de seção transversal do dispositivo de mandril com a área de superfície externa ranhurada do sistema de catraca;

[0054] A Figura 4b ilustra o primeiro anel de bloqueio engatado com o dispositivo de mandril da Figura 1a;

[0055] A Figura 4c ilustra o segundo anel de bloqueio engatado com o primeiro anel de bloqueio da Figura 4b;

[0056] A Figura 4d ilustra um alojamento externo engatado com o primeiro e segundo anéis de bloqueio;

[0057] A Figura 5a ilustra uma vista lateral de seção transversal da Figura 4d;

[0058] A Figura 5b ilustra uma vista ampliada da caixa tracejada da Figura 5a;

[0059] A Figura 6a ilustra uma vista em perspectiva de um terceiro anel de bloqueio;

[0060] A Figura 6b ilustra o primeiro, segundo e terceiro anéis de bloqueio engatados um com o outro;

[0061] A Figura 6c ilustra uma vista em perspectiva de seção transversal de um sistema de catraca com os anéis de bloqueio da Figura 6b;

[0062] A Figura 7a ilustra uma vista lateral de seção transversal da Figura 6d;

[0063] A Figura 7b ilustra uma vista ampliada da caixa tracejada da Figura 7a.

[0064] Referência é agora feita para a Figura 4d, onde uma ferramenta de poço (1) em concordância com a presente invenção é mostrada. A ferramenta de poço (1) compreende um dispositivo de mandril (10) possuindo um eixo geométrico central axial (I) e um dispositivo de alojamento (20) proporcionado radialmente no exterior do dispositivo de mandril (10). Um sistema de catraca (30) é conectado entre o dispositivo de mandril (10) e o dispositivo de alojamento externo (20). Como no estado da técnica, o dispositivo de mandril (10) compreende uma superfície externa ranhurada (32) sendo definida como uma parte do sistema de catraca (30).

[0065] Deve ser observado que a ferramenta de poço (1) aqui é somente uma parte de uma ferramenta de poço utilizada para ilustrar as características técnicas do sistema de catraca (30). O dispositivo de mandril e o dispositivo de alojamento externo são considerados conhecidos por uma pessoa especializada no estado da técnica e não irão ser descritos aqui em detalhes. Deve, entretanto, ser observado que o dispositivo de mandril (10), o dispositivo de alojamento externo (20), e o sistema de catraca (30) podem ser implementados para diversas das presentes ferramentas de poço da Interwell, tais como o dispositivo de captura de sucata expansível (descrito na patente norueguesa número NO 20121377), o plugue de alta expansão (descrito na patente norte americana número US

7.178.602), etc..

[0066] Na Figura 4d, é mostrado que o dispositivo de alojamento externo (20) compreende conectores de dedo (25) para conexão para outras partes (não mostradas) da ferramenta de poço (1).

[0067] Referência é agora feita para a Figura 3a. Aqui, um primeiro anel de bloqueio (40) do sistema de catraca (30) é mostrado. O primeiro anel de bloqueio (40) compreende uma fenda axial (41), uma área de superfície interna ranhurada (42) voltando-se em direção de seu eixo geométrico central (I) e uma área de superfície externa ranhurada (44) voltando-se para fora a partir do eixo geométrico central (I). O primeiro anel de bloqueio (40) possui um comprimento (L40).

[0068] Uma primeira superfície de extremidade anular é indicada com o numeral de referência (46) enquanto uma segunda superfície de extremidade anular, proporcionada sobre a lateral oposta da primeira superfície de extremidade (46), é indicada com o numeral de referência (48). A primeira e a segunda superfícies de extremidade (46, 48) são preferivelmente perpendiculares para o eixo geométrico central longitudinal (I).

[0069] Referência é agora feita para a Figura 3b. Aqui, um segundo anel de bloqueio (50) do sistema de catraca (30) é mostrado. O segundo anel de bloqueio (50) compreende uma fenda axial (51), uma área de superfície interna ranhurada (52) voltando-se em direção de seu eixo geométrico central (I) e uma área de superfície externa (54) voltando-se para fora a partir do eixo geométrico central (I). Na presente concretização, a área de superfície externa (54) é lisa. O segundo anel de bloqueio (50) possui um comprimento (L50) preferivelmente igual para o comprimento (L40) do primeiro anel de bloqueio (40).

[0070] Uma primeira superfície de extremidade anular é indicada com o numeral de referência (56) enquanto uma segunda superfície de extremidade anular, proporcionada sobre a lateral oposta da primeira superfície de extremidade (56), é indicada com o numeral de referência (58). A primeira e a segunda superfícies de extremidade (56, 58) são preferivelmente perpendiculares para o eixo geométrico central longitudinal (I).

[0071] O diâmetro do primeiro anel de bloqueio (40) é menor do que o diâmetro do segundo anel de bloqueio (50), como é aparente a partir das Figuras 3c e 3d. Aqui, o primeiro e o segundo anéis de bloqueio (40, 50) foram montados para uma unidade maior, onde a área de superfície interna ranhurada (52) do segundo anel de bloqueio (50) foi engatada com a área de superfície externa ranhurada (44) do primeiro anel de bloqueio (40).

[0072] Como é mostrado nas Figuras 3c e 3d, as fendas (41, 52) do primeiro e segundo anéis de bloqueio (40, 50) são alinhadas uma com a outra.

[0073] A montagem da ferramenta de poço (1) e do sistema de catraca (30) é mostrada nas Figuras 4a – 4d.

[0074] Na Figura 4a, é mostrado que o sistema de catraca (30) compreende uma área de superfície externa ranhurada (32) proporcionada sobre uma superfície externa (11) do dispositivo de mandril (10).

[0075] Na Figura 4b, o primeiro anel de bloqueio (40) é proporcionado radialmente no exterior do dispositivo de mandril (10), com a área de superfície interna ranhurada (42) engatada com a área de superfície externa ranhurada (32) do dispositivo de mandril (10).

[0076] Na Figura 4c, o segundo anel de bloqueio (40) é proporcionado radialmente n exterior do primeiro anel de bloqueio (40), com a área de superfície interna ranhurada (52) do segundo anel de bloqueio (50) engatada com a área de superfície externa ranhurada (42) do primeiro anel de bloqueio (40). Evidentemente, é possível primeiramente montar o primeiro e segundo anéis de bloqueio (40, 50) e, então, montar estes anéis em cima do dispositivo de mandril (10).

[0077] Referência é agora feita para a Figura 4d, para a Figura 5a e para a Figura 5b. Aqui, é mostrado como o primeiro e o segundo anéis de bloqueio (40, 50) são engatados com o alojamento externo (20).

[0078] O sistema de catraca (30) compreende um primeiro, se projetando para dentro, elemento de anel (36) e um segundo, se projetando para dentro, elemento de anel (38) proporcionado em uma distância axial (D20) a partir do primeiro elemento (36). Estes elementos de anel (36, 38) definem um compartimento indicado com o numeral de referência (39) na Figura 5a. Portanto, os anéis de bloqueio (40, 50), quando eles estão neste compartimento (39), são proporcionados radialmente entre a superfície externa do dispositivo de mandril (10) e a superfície interna do alojamento externo (20) e axialmente entre o primeiro e segundo elementos de anel (36, 38). Como é mostrado na Figura 5b, o compartimento (39) possui suficiente espaço radial disponível para possibilitar suficiente expansão radial dos anéis de bloqueio (40, 50).

[0079] Na presente concretização, os elementos de anel (36, 38) são proporcionados como partes do alojamento externo (20) em si mesmo. Entretanto, estes elementos (36, 38) podem alternativamente ser conectados para o ou fixados para o alojamento externo (20). Para facilitar a montagem da ferramenta de poço (1), os elementos (36, 38) podem ser proporcionados como parte de duas diferentes seções de alojamento do alojamento externo (20), onde as duas diferentes seções de alojamento são conectadas por uma conexão rosqueada indicada por uma linha tracejada (28) na Figura 5a.

[0080] O primeiro elemento se projetando para dentro (36) compreende uma primeira superfície de suporte (36a) para transferência de forças axiais entre o dispositivo de alojamento (20) e superfícies de extremidade inferiores (46, 56) do primeiro e segundo anéis de bloqueio (40, 50). O segundo elemento se projetando para dentro (38) compreende uma segunda superfície de suporte (38a) para transferência de forças axiais entre o dispositivo de alojamento (20) e as superfícies de extremidade superiores (48, 58) do primeiro e segundo anéis de bloqueio (40, 50).

[0081] A distância axial (D20) entre os elementos de anel (36, 38), isto é, entre as superfícies de suporte (36a, 38a), é indicada na Figura 5a. Esta distância axial (D20) pode ser igual para o comprimento axial (L40, L50) do primeiro e/ou segundo anéis de bloqueio (40, 50) mais um adicional comprimento (d) para assegurar que os elementos (36, 38) não venham a prevenir expansão radial dos anéis de bloqueio (40, 50) devido para o fato de fricção entre os anéis de bloqueio e os elementos. O adicional comprimento (d) é mais curto do que a distância entre as trilhas da área de superfície interna e externa ranhuradas do anel de bloqueio (40) e do dispositivo de mandril (10) e irá preferivelmente ser de menos do que 1 mm. Portanto, este adicional comprimento (d) não contribui para uma folga aumentada para a ferramenta de poço.

[0082] Portanto, não existe nenhuma interface ranhurada (isto é, com trilhas configuradas em espiral ou configuradas em anel) para transferência de forças axiais entre o alojamento externo e o anel de bloqueio. Conseqüentemente, a folga do estado da técnica (BL20) da Figura 2b é proporcionada.

[0083] A espessura (T50) do segundo anel de bloqueio (50) é preferivelmente maior do que a espessura (T40) do primeiro anel de bloqueio (40).

[0084] Referência é agora feita para as Figuras 6a, 6b e 6c e para as Figuras 7a e 7b. Aqui, uma concretização alternativa é mostrada, onde o sistema de catraca (30) compreende três anéis de bloqueio. Aqui, o segundo anel de bloqueio (50) é similar para a concretização acima descrita, entretanto, a superfície externa (54) é agora uma área de superfície externa ranhurada.

[0085] Referência é agora feita para a Figura 6a. Aqui, um terceiro anel de bloqueio (60) do sistema de catraca (30) é mostrado. O terceiro anel de bloqueio (60) compreende uma fenda axial (61), uma área de superfície interna ranhurada (62) voltando-se em direção de seu eixo geométrico central (I) e uma área de superfície externa (64) voltando-se para fora a partir do eixo geométrico central (I). Na presente concretização, a área de superfície externa (64) é lisa. O terceiro anel de bloqueio (60) possui um comprimento (L60) preferivelmente igual para o comprimento (L40) do primeiro anel de bloqueio (40) e para o comprimento (L50) do segundo anel de bloqueio (50).

[0086] Uma primeira superfície de extremidade anular é indicada com o numeral de referência (66) enquanto uma segunda superfície de extremidade anular, proporcionada sobre a lateral oposta da primeira superfície de extremidade (66), é indicada com o numeral de referência (68). A primeira e a segunda superfícies de extremidade (66, 68) são preferivelmente perpendiculares para o eixo geométrico central longitudinal (I).

[0087] O diâmetro do terceiro anel de bloqueio (60) é maior do que o diâmetro do segundo anel de bloqueio (50), como é aparente a partir da Figura 6b.

[0088] O terceiro anel de bloqueio (60) é proporcionado radialmente no exterior do segundo anel de bloqueio (50), com a sua área de superfície interna ranhurada (62) engatada com a área de superfície externa ranhurada (54) do segundo anel de bloqueio (50). Também, o terceiro anel de bloqueio (60) é engatado com o alojamento externo (20) como é mostrado na Figura 6c.

[0089] Deve ser observado que é possível proporcionar o sistema de catraca (30) com mais do que três anéis de bloqueio como tais.

[0090] A operação da ferramenta de poço (1) irá agora ser descrita. Como os sistemas de catraca do estado da técnica, o sistema de catraca (30) é configurado para possibilitar movimentação axial relativa entre o dispositivo de mandril (10) e o primeiro anel de bloqueio (40) em uma primeira direção axial (A) e para prevenir movimentação axial relativa entre o dispositivo de mandril (10) e o anel de bloqueio (40) em uma segunda direção (B) oposta da primeira direção (A). Isto é conseguido pela configuração das trilhas das áreas ranhuradas.

[0091] Deve ser observado que as áreas de superfície interna e externa ranhuradas podem compreender trilhas configuradas em anel ou trilhas configuradas em espiral. Deve também ser observado que as trilhas não necessitam ser contínuas, poderiam existir algumas áreas das áreas de superfície interna e externa que são proporcionadas sem trilhas. Por exemplo, a patente norueguesa número NO 20141476 descreve um sistema de catraca onde o anel de bloqueio compreende uma barbatana de guia. Deve também ser observado que o sistema de catraca (30) pode compreender uma chave para expansão radialmente da fenda dos anéis de bloqueio (40, 50, 60) mecanicamente, provocando que o sistema de catraca (30) venha a estar em um estado liberado, no qual movimentação axial dos anéis de bloqueio é possibilitada em ambas as direções (A) e (B). Isto é também conhecido a partir das patentes norueguesas números NO 20141476 e NO 340816.

[0092] O primeiro, segundo e terceiro anéis de bloqueio (40, 50, 60) acima referidos possuem um estado inicial o qual é mostrado nos desenhos. O estado inicial é seu estado quando eles não são afetados por forças externas. Na medida em que o primeiro anel de bloqueio (40) se movimenta sobre a primeira trilha da área de superfície externa ranhurada (32) do dispositivo de mandril (10), o primeiro anel de bloqueio (40) irá ser radialmente expandido, provocando que a largura (W41) da fenda (41) venha a se expandir e, portanto, também o que diâmetro (D40) venha a se expandir. A expansão radial do primeiro anel de bloqueio (40) irá pressionar o segundo anel de bloqueio (50) exteriormente, por intermédio disso provocando que a largura (W51) da fenda (51) venha a se expandir e, portanto, também que o diâmetro (D50) venha a se expandir. Na concretização com três anéis de bloqueio, a expansão radial do segundo anel de bloqueio (50) irá pressionar o terceiro anel de bloqueio (60) exteriormente, por intermédio disso provocando que a largura (W61) da fenda (61) venha a se expandir e, portanto, também que o diâmetro (D60) venha a se expandir. Quando o primeiro anel de bloqueio (40) tiver se movimentado sobre a primeira trilha, os anéis de bloqueio irão ser radialmente retraídos novamente.

[0093] As áreas de superfície interna e externa ranhuradas (44, 52) do primeiro e segundo anéis de bloqueio (40, 50) previnem movimentação axial relativa entre o primeiro e segundo anéis de bloqueio (40, 50). Na concretização com três anéis de bloqueio, as áreas de superfície interna e externa ranhuradas (54, 62) do segundo e terceiro anéis de bloqueio (50, 60) previnem movimentação axial relativa entre o segundo e terceiro anéis de bloqueio

(50, 60).

[0094] Entretanto, é possível que venha a existir uma menor movimentação axial relativa vindo a ocorrer entre os anéis de bloqueio na medida em que eles são radialmente expandidos e, então, radialmente retraídos novamente na medida em que o primeiro anel de bloqueio se movimenta sobre as trilhas do dispositivo de mandril. Entretanto, tal menor movimentação axial relativa irá, nas concretizações acima mencionadas, ser limitada pelos elementos de anel (36, 38).

[0095] Deve, entretanto, ser observado que as áreas de superfície externa e interna ranhuradas (44, 52) do primeiro e segundo anéis de bloqueio (40, 50) possibilitam movimentação circunferencial relativa indicada como uma flecha (C) na Figura 3d entre o primeiro e segundo anéis de bloqueio (40, 50). Na concretização com três anéis de bloqueio, também as áreas de superfície externa e interna ranhuradas (54, 62) do segundo e terceiro anéis de bloqueio (50, 60) possibilitam movimentação circunferencial relativa indicado como uma flecha (C) na Figura 6b entre o segundo e terceiro anéis de bloqueio (50, 60).

[0096] Em concordância com a presente invenção, é conseguido que as forças relativamente maiores podem ser transferidas entre os anéis de bloqueio e o dispositivo de alojamento (20) devido para o fato da área de contato relativamente maior proporcionada pela superfície (36a) e a soma das respectivas áreas de extremidade anular (46, 56, 66) dos anéis de bloqueio em uma direção e da correspondente área de contato proporcionada pela superfície (38a) e a soma das respectivas áreas de extremidade anular (48, 58, 68) dos anéis de bloqueio na direção oposta. Durante testes de uma ferramenta de poço compreendendo o sistema de catraca acima apresentado, esta solução foi descoberta ser superior para um sistema de catraca com um anel de bloqueio com espessura aumentada.

[0097] Como é indicado na Figura 7b, não existe nenhuma folga entre os anéis de bloqueio (60, 50, 40). Existe uma folga relativamente pequena entre o dispositivo de mandril e o primeiro anel de bloqueio (40) que corresponde para a folga (B10) no estado da técnica, que tipicamente é de 0 mm – 2 mm. O deslocamento axial relativo entre o dispositivo de alojamento e o dispositivo de bloqueio é menor do que esta folga (B10) e, portanto, o deslocamento axial total entre o dispositivo de mandril e o dispositivo de alojamento é reduzido.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Um dispositivo de ferramenta de poço (1) compreendendo: - um dispositivo de mandril (10) possuindo um eixo geométrico central axial (I); - um dispositivo de alojamento (20) proporcionado radialmente no exterior do dispositivo de mandril (10); - um sistema de catraca (30) compreendendo: - uma área de superfície externa ranhurada (32) do dispositivo de mandril (10); - um primeiro anel de bloqueio (40) compreendendo uma área de superfície interna ranhurada (42) engatada com a área de superfície externa ranhurada (32) do dispositivo de mandril (10), uma área de superfície externa ranhurada (44) e uma fenda axial (41) possibilitando expansão radial do primeiro anel de bloqueio (40), onde o primeiro anel de bloqueio (40) é engatado com o alojamento externo (20); - onde o sistema de catraca (30) é configurado para possibilitar movimentação axial relativa entre o dispositivo de mandril (10) e o primeiro anel de bloqueio (40) em uma primeira direção axial (A) e para prevenir movimentação axial relativa entre o dispositivo de mandril (10) e o anel de bloqueio (40) em uma segunda direção (B) oposta da primeira direção (A); - onde o sistema de catraca (30) adicionalmente compreende: - um segundo anel de bloqueio (50) proporcionado radialmente no exterior do primeiro anel de bloqueio (40), o segundo anel de bloqueio (50) compreendendo uma área de superfície interna ranhurada (52) engatada com a área de superfície externa ranhurada (42) do primeiro anel de bloqueio (40), e uma fenda axial (51) possibilitando expansão radial do segundo anel de bloqueio (50), onde o segundo anel de bloqueio (50) é engatado com o alojamento externo (20); - um primeiro elemento (36) se projetando para dentro a partir do interior do dispositivo de alojamento (20); caracterizado pelo fato de que o sistema de catraca (30) compreende: - um segundo elemento (38) se projetando para dentro a partir do interior do dispositivo de alojamento (20) em uma distância axial (D20) a partir do primeiro elemento (36); - onde o primeiro e segundo anéis de bloqueio (40, 50) são proporcionados axialmente entre o primeiro e segundo elementos (36, 38); - onde o primeiro elemento se projetando para dentro (36) compreende uma primeira superfície de suporte (36a) para transferência de forças axiais entre o dispositivo de alojamento (20) e superfícies de extremidade inferiores (46, 56) do primeiro e segundo anéis de bloqueio (40, 50); - onde o segundo elemento se projetando para dentro (38) compreende uma segunda superfície de suporte (38a) para transferência de forças axiais entre o dispositivo de alojamento (20) e superfícies de extremidade superiores (48, 58) do primeiro e segundo anéis de bloqueio

(40, 50).

2. Dispositivo de ferramenta de poço (1) de acordo com a reivindicação 1, onde as áreas de superfície interna e externa ranhuradas (44, 52) do primeiro e segundo anéis de bloqueio (40, 50) previnem movimentação axial relativa entre o primeiro e segundo anéis de bloqueio (40, 50).

3. Dispositivo de ferramenta de poço (1) de acordo com as reivindicações 1 ou 2, onde as áreas de superfície interna e externa ranhuradas (44, 52) do primeiro e segundo anéis de bloqueio (40, 50) possibilitam movimentação circunferencial relativa (C) entre o primeiro e segundo anéis de bloqueio (40, 50).

4. Dispositivo de ferramenta de poço (1) de acordo com a reivindicação 1, onde um comprimento axial (L40) do primeiro anel de bloqueio (40) é igual para uma comprimento axial (L50) do segundo anel de bloqueio (50).

5. Dispositivo de ferramenta de poço (1) de acordo com a reivindicação 1, onde a distância axial (D20) é igual para o comprimento axial (L40, L50) do primeiro e/ou segundo anel de bloqueio (40, 50).

6. Dispositivo de ferramenta de poço (1) de acordo com reivindicação 1, onde o sistema de catraca (30) compreende um anel (39) proporcionado radialmente entre a superfície externa do dispositivo de mandril interno (10) e a superfície interna do dispositivo de alojamento externo (20) e axialmente entre o primeiro e segundo elementos (36, 38).

7. Dispositivo de ferramenta de poço (1) de acordo com a reivindicação 1, onde as fendas (41, 52) do primeiro e segundo anéis de bloqueio (40, 50) são inicialmente alinhadas umas com as outras.

8. Dispositivo de ferramenta de poço (1) de acordo com a reivindicação 1, onde o sistema de catraca (30) adicionalmente compreende um terceiro anel de bloqueio (60) proporcionado radialmente no exterior do segundo anel de bloqueio (50), o segundo anel de bloqueio (50) compreendendo uma área de superfície externa ranhurada (54), o terceiro anel de bloqueio (60) compreendendo uma área de superfície interna ranhurada (62) engatada com a área de superfície externa ranhurada (54) do segundo anel de bloqueio (50), e uma fenda axial (61) possibilitando expansão radial do terceiro anel de bloqueio (60), onde o terceiro anel de bloqueio (60) é engatado com o alojamento externo (20).

9. Dispositivo de ferramenta de poço (1) de acordo com a reivindicação 1, onde a espessura (T50) do segundo anel de bloqueio (50) é maior do que espessura (T40) do primeiro anel de bloqueio (40).