BR112021003165A2

BR112021003165A2 - montagem antiextrusão e um sistema de vedação compreendendo a mesma

Info

Publication number: BR112021003165A2
Application number: BR112021003165-0A
Authority: BR
Inventors: Andrew Horne; Dragan MARTINOVIC
Original assignee: Northstar Drillstem Testers
Priority date: 2018-08-20
Filing date: 2019-08-20
Publication date: 2021-05-11
Also published as: CA3110337A1; CN112601875B; MX2021002023A; WO2020037407A1; EP3841279A1; EP3841279A4; US11542775B2; EA202190303A1; US20210246757A1; CN112601875A

Abstract

MONTAGEM ANTIEXTRUSÃO E UM SISTEMA DE VEDAÇÃO COMPREENDENDO A MESMA. A invenção se refere a uma ferramenta/montagem antiextrusão e um sistema de vedação compreendendo a mesma. A montagem antiextrusão compreende um elemento de apoio alongado tendo um corpo oco compreendendo uma primeira porção de extremidade, uma segunda porção de extremidade, uma superfície interna e uma superfície externa e uma pluralidade de ramificações alongadas fornecidas na segunda porção de extremidade do corpo oco, a pluralidade de ramificações alongadas se estendendo axialmente paralelos ao eixo longitudinal do elemento de apoio e sendo móvel entre uma primeira configuração não implantada e uma segunda configuração implantada; e um elemento de came tendo uma porção alongada configurada para inserção no elemento de apoio ou para receber o elemento de apoio, e uma porção de came tendo uma superfície de came e uma superfície de engate, a superfície de came sendo configurada para contatar as extremidades da pluralidade de ramificações alongadas; e ramificações alongadas adjacentes sendo configuradas para estar em contato uma com a outra na configuração implantada.

Description

MONTAGEM ANTIEXTRUSÃO E UM SISTEMA DE VEDAÇÃO COMPREENDENDO A MESMA CAMPO DE INVENÇÃO

[0001] A presente invenção se refere ao campo das ferramentas de fundo de poço, em particular a uma montagem antiextrusão para um sistema de vedação para ferramentas de fundo de poço.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[0002] Em poços de petróleo e gás, o isolamento da zona é realizado colocando sistemas de vedação, como tampões de ponte, empacotadores, etc., dentro do revestimento ou furo aberto, para isolar zonas de produção ou para direcionar o fluxo de fluidos de produção para a superfície. Por exemplo, um tampão de ponte é colocado dentro do revestimento para isolar as seções superior e inferior das zonas de produção. Ao criar uma vedação de pressão no furo de poço, os tampões de ponte permitem que fluidos ou sólidos pressurizados tratem uma formação isolada.

[0003] Normalmente, um furo de poço é revestido com um tubo ou revestimento para fortalecer os lados do furo de poço e isolar o furo de poço da formação de terra circundante. A fim de acessar o fluido de produção em uma formação adjacente ao furo de poço, o revestimento é perfurado, permitindo que o fluido de produção entre no furo de poço e seja recuperado na superfície do poço. Em outras situações, pode haver necessidade de isolar o fundo do poço da cabeça do poço. Então, torna-se necessário vedar a tubulação em relação ao revestimento do poço, para evitar que a pressão do fluido da lama levante a tubulação para fora do poço ou para isolar zonas específicas, nas quais um furo de poço foi colocado. Em outras situações, pode haver a necessidade de criar uma vedação de pressão no furo de poço permitindo que a pressão do fluido seja aplicada ao furo de poço para tratar a formação isolada com fluidos ou sólidos pressurizados. Ferramentas de fundo de poço, referidas como ponte, tampões, empacotadores e semelhantes, são projetadas para atingir o isolamento de zona para os fins gerais mencionados acima.

[0004] Um sistema de vedação geralmente inclui uma ferramenta de vedação (geralmente construída de ferro fundido, alumínio ou outros metais com liga perfurável) e uma vedação compatível que é tipicamente feita de um material compósito ou elastomérico que veda um ânulo dentro do furo de poço para evitar a passagem de fluidos. A ferramenta de vedação deve passar pelo diâmetro interno à medida que é implantada na profundidade correta, onde é configurada para criar uma vedação com o diâmetro interno, isolando a pressão em diferentes zonas do poço. Após o acionamento, o elemento de vedação é comprimido axialmente, fazendo com que o elemento de vedação se expanda radialmente para fora da ferramenta para engatar de forma vedada uma superfície circundante do tubo.

[0005] Os materiais compatíveis da vedação se deformam com forças relativamente baixas aplicadas, permitindo que a vedação preencha a gaxeta e entre em contato com várias superfícies. Essas áreas de contato impedem o fluxo através da vedação e geram uma diferença de pressão. A fenda de extrusão é a fenda entre os dois materiais que estão sendo vedados. Se for aplicada muita pressão, a vedação pode deformar-se e ser forçada para o vão de extrusão, causando falha. Fendas maiores são mais difíceis de vedar em alta pressão.

[0006] Um empacotador deve ser capaz de passar pelo menor diâmetro possível e então vedar no maior. A tolerância no diâmetro interno do invólucro é geralmente grande, pois é uma combinação da tolerância no diâmetro externo e o peso/comprimento da unidade. Esta folga cria uma folga de extrusão relativamente grande, pela qual o elemento de vedação poderia ser empurrado por pressão, causando uma falha. Também há casos em que um empacotador precisará passar por uma obstrução que aumenta a fenda de extrusão potencial.

[0007] Várias tentativas têm sido feitas para alcançar vedação eficaz e isolamento de zona por meio de diferentes tipos de sistemas de vedação.

[0008] A publicação US Número 2017/0211348 revela uma ferramenta de vedação que compreende um elemento de vedação expansível e um suporte elástico, que é deformável entre uma configuração não expandida e uma configuração expandida radialmente. O suporte inclui uma pluralidade de porções de base e uma pluralidade de porções de sobreposição, cada porção de sobreposição se estende a partir de uma porção de base respectiva, de modo que se sobreponha à superfície de uma porção de base adjacente e tem uma superfície que, em uso, está voltada para o elemento de vedação. As porções de base e as porções de sobreposição são dispostas para definir uma estrutura de suporte de vedação geralmente em forma de anel que forma uma superfície de suporte contínua que se estende circunferencialmente para encostar e suportar o elemento de vedação.

[0009] A Patente US Número 8.662.161 revela um empacotador expansível com anel de suporte móvel axialmente induzido por expansão tendo ramificações planas alternadas que são deformadas para fora com pontes. Este empacotador usa expansão de mandril e anel móvel com um estreitamento interno para coincidir com um corte inferior no exterior do mandril. A contração do mandril axialmente devido à expansão radial traz um anel na superfície externa do mandril sob as ramificações para atuar como um suporte para as ramificações contra a vedação que é empurrada contra o orifício aberto.

[0010] A Publicação US 2016/0123100 revela um anel de apoio segmentado em ângulo incluindo uma pluralidade de fendas que se estendem radialmente para dentro de uma superfície externa e se estendem axialmente paralelas umas às outras e não paralelas a um eixo longitudinal e uma pluralidade de segmentos definidos pela pluralidade de fendas.

[0011] A Publicação PCT Número WO 2019/109506 revela um anel de expansão e colapso complicado que compreende uma pluralidade de elementos de intertravamento montados juntos para formar uma estrutura de anel orientada em um plano, em torno de um eixo longitudinal. A pluralidade de elementos é operável para ser movida entre as condições/configurações expandidas e colapsadas, uma deslizando em relação à outra, no plano da estrutura de anel.

[0012] Os sistemas de vedação discutidos acima compreendem mecanismos complicados, não podem se conformar totalmente ao revestimento, fornecer suporte desigual e/ou não podem vedar as fendas de extrusão adequadamente.

[0013] Existe, portanto, a necessidade de um sistema de vedação que não esteja sujeito a uma ou mais limitações da técnica anterior.

[0014] Esta informação de base é fornecida com o propósito de tornar conhecida a informação de que o requerente acredita ser de possível relevância para a presente invenção. Nenhuma admissão é necessariamente pretendida, nem deve ser interpretada, de que qualquer uma das informações anteriores constitui a técnica anterior contra a presente invenção.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0015] Um objetivo da presente invenção é fornecer uma ferramenta/montagem antiextrusão e um sistema de vedação compreendendo a mesma.

[0016] De acordo com um aspecto da presente invenção é fornecida uma montagem antiextrusão compreendendo: a) um elemento de apoio alongado apresentando um corpo oco compreendendo uma primeira porção de extremidade, uma segunda porção de extremidade, uma superfície interna e uma superfície externa e um pluralidade de ramificações alongadas fornecidas na segunda porção de extremidade do corpo oco, a pluralidade de ramificações alongadas se estendendo axial e paralelamente ao eixo longitudinal do elemento de apoio, a pluralidade de ramificações alongadas sendo móveis entre uma primeira configuração não implantada e uma segunda configuração implantada; e b) um elemento de came tendo uma porção alongada configurada para inserção no elemento de apoio ou para receber o elemento de apoio e uma porção de came tendo uma superfície de came e uma superfície de engate, em que a superfície de came é configurada para contatar as extremidades da pluralidade de ramificações alongadas; em que ramificações alongadas adjacentes são configurados para estar em contato umas com as outras na configuração implantada.

[0017] De acordo com outro aspecto da presente invenção, é fornecido um sistema de vedação para uso em um corpo tubular, que compreende: (a) uma primeira montagem antiextrusão compreendendo um primeiro elemento de apoio alongado tendo um corpo oco compreendendo uma primeira porção de extremidade, uma segunda porção de extremidade, uma superfície interna e uma superfície externa e uma pluralidade de ramificações alongadas fornecidas na segunda porção de extremidade do corpo oco, a pluralidade de ramificações alongadas se estendendo axialmente paralelas ao eixo longitudinal do elemento de apoio, a pluralidade de ramificações alongadas sendo móveis entre uma primeira configuração não implantada e uma segunda configuração implantada; e um primeiro elemento de came tendo uma porção alongada configurada para inserção no elemento de apoio ou para receber o elemento de apoio e uma porção de came tendo uma superfície de came e uma superfície de engate, em que a superfície de came é configurada para contatar as extremidades da pluralidade de ramificações alongadas; e (b) um elemento de vedação deformável, adaptado em uma primeira extremidade do mesmo para contatar a superfície de engate da porção de came do elemento de came; em que após a aplicação de uma força de compressão axial na montagem antiextrusão, o elemento de vedação é deformado em contato de vedação com uma parede do corpo tubular e a superfície de came da porção de came faz com que a pluralidade de ramificações alongadas se movam para a segunda configuração implantada, em que as extremidades da pluralidade de ramificações alongadas contatam a superfície do came e a parede do corpo tubular para obstruir uma fenda de extrusão entre o elemento de came e o corpo tubular, e em que as ramificações alongadas adjacentes estão em contato umas com as outras na configuração implantada.

[0018] De acordo com outro aspecto da invenção, é fornecido um sistema de vedação compreendendo ainda um segundo elemento de apoio alongado, tendo um corpo oco compreendendo uma primeira porção de extremidade, uma segunda porção de extremidade, uma superfície interna e uma superfície externa e uma pluralidade de ramificações formadas na primeira porção de extremidade do corpo oco, a pluralidade de ramificações alongadas se estendendo axial e paralelamente ao eixo longitudinal do elemento de apoio, a pluralidade de ramificações alongadas sendo móveis entre uma primeira configuração não implantada e uma segunda configuração implantada; e um segundo elemento de came tendo uma porção alongada, configurada para inserção no segundo elemento de apoio ou para receber o segundo elemento de apoio, e uma porção de came tendo uma superfície de came e uma superfície de engate, em que a superfície de came é configurada para contatar as extremidades da pluralidade de ramificações alongadas do segundo elemento de apoio; em que o elemento de vedação deformável é adaptado em uma segunda extremidade do mesmo para contatar a superfície de engate do segundo elemento de came.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[0019] A Figura 1A ilustra uma vista em perspectiva de um sistema de vedação de acordo com um aspecto da presente invenção.

[0020] A Figura 1B é uma vista ampliada do sistema de vedação da Figura 1A, em uma configuração não implantada/sem vedação.

[0021] A Figura 1C é uma vista ampliada do sistema de vedação da Figura 1A em uma configuração implantada/de vedação.

[0022] A Figura 2A é uma vista em perspectiva de um elemento de apoio do sistema de vedação, de acordo com uma modalidade da presente invenção, em que o elemento de apoio está na configuração implantada/vedada.

[0023] A Figura 2B é uma vista em corte transversal do elemento de apoio da Figura 2A.

[0024] A Figura 2C é uma vista em perspectiva de um elemento de apoio do sistema de vedação de acordo com uma modalidade da presente invenção, em que o elemento de apoio está na configuração não implantada/sem vedação.

[0025] A Figura 2D é uma vista em corte transversal do elemento de apoio da Figura 2C.

[0026] A Figura 3 é uma vista em corte transversal de um elemento de came do sistema de vedação de acordo com uma modalidade da presente invenção.

[0027] A Figura 4A é uma vista em seção transversal de uma seção do sistema de vedação de acordo com uma modalidade da presente invenção, em que o sistema está na configuração não implantada/não vedante.

[0028] A Figura 4B é uma vista em corte transversal de uma seção do sistema de vedação, de acordo com uma modalidade da presente invenção, em que o sistema está na configuração implantada/vedada.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[0029] A menos que definido de outra forma, todos os termos técnicos e científicos usados neste documento têm o mesmo significado como comumente entendido por um técnico no assunto à qual esta invenção pertence.

[0030] A presente invenção fornece uma montagem de vedação antiextrusão e um sistema de vedação compreendendo o mesmo, para uso com um corpo tubular.

[0031] A montagem antiextrusão e o sistema de vedação da presente invenção reduzem a fenda de extrusão permitindo que uma pressão mais alta seja vedada e diferenciais de pressão mais altos através de uma vedação.

[0032] A montagem antiextrusão e o sistema de vedação da presente invenção têm uma construção e mecanismo de ação simples, podem expandir ou contrair na fenda de extrusão enquanto apoiam os elementos de vedação, permitindo uma vedação de alta pressão eficaz. O sistema de vedação da presente invenção tem a capacidade de passar facilmente através de obstruções e tem a flexibilidade de vedar uma grande variedade de diâmetros internos.

[0033] O sistema de vedação da presente invenção compreende pelo menos uma montagem antiextrusão e pelo menos um elemento de vedação deformável.

[0034] A montagem antiextrusão compreende um elemento de apoio alongado e um elemento de came. O elemento de apoio alongado tem um corpo oco compreendendo uma primeira porção de extremidade, uma segunda porção de extremidade, uma superfície interna e uma superfície externa. Uma pluralidade de ramificações alongadas é fornecida na segunda porção de extremidade do corpo oco. As ramificações alongadas se estendem axialmente paralelas ao eixo longitudinal do elemento de apoio e são móveis entre uma primeira configuração não implantada e uma segunda configuração implantada.

[0035] O elemento de came tem uma porção alongada, que é configurada para inserção no elemento de apoio ou para receber o elemento de inserção, e porção de came em ângulo tendo uma superfície de came e uma superfície de engate. A superfície de came é configurada de modo a entrar em contato com as extremidades da pluralidade de ramificações alongadas.

[0036] O elemento de vedação do sistema de vedação da presente invenção é adaptado de modo a entrar em contato com a superfície de engate da porção de came do elemento de came, de modo que, após a aplicação de uma força de compressão axial na montagem antiextrusão, o elemento de vedação é deformado em contato de vedação com uma parede do corpo tubular e a superfície do came, da porção do came, faz com que a pluralidade de ramificações alongadas se movam para a segunda configuração implantada, em que as extremidades da pluralidade de ramificações contatam a superfície do came e a parede do corpo tubular para obstruir uma fenda de extrusão entre o elemento de came e o corpo tubular, e ramificações alongadas adjacentes são configuradas para permanecer em contato uma com a outra na configuração implantada.

[0037] O elemento de apoio da presente invenção é configurado para criar uma estrutura radialmente compatível, enquanto mantém a rigidez axial e torcional.

[0038] Em algumas modalidades, o elemento de apoio é fabricado em uma peça com fendas/ranhuras/cortes para criar as ramificações.

[0039] Em algumas modalidades, o elemento de apoio compreende diferentes componentes ligados entre si. Em algumas modalidades, as ramificações alongadas são fixadas a uma extremidade do corpo oco.

[0040] Em algumas modalidades, as ramificações alongadas são radialmente flexíveis e axialmente rígidas.

[0041] Em algumas modalidades, as ramificações alongadas são separadas por uma ranhura/corte, em que cada fenda/corte é orientado em uma direção que é tangencial ou quase tangencial à superfície interna do corpo oco. As fendas/cortes irradiam em uma direção a partir do ponto tangencial tanto para a mão direita quanto para a esquerda, de modo que nenhum corte bifurque o outro.

[0042] O sistema da presente invenção pode ser configurado de modo a vedar um diâmetro interno ou um diâmetro externo de um corpo tubular.

[0043] Nas modalidades configuradas de modo a vedar um diâmetro interno de um corpo tubular, a porção alongada do elemento de came é configurada para inserção no elemento de apoio e o elemento de vedação é configurado para deformar radialmente para fora, de modo a entrar em contato com a parede interna do corpo tubular, para criar uma vedação mediante a aplicação da força de compressão axial. Em tais modalidades, a superfície do came é angulada radialmente para fora (isto é, uma forma cônica) e pelo menos as extremidades das ramificações alongadas são configuradas para expandir radialmente para fora após a aplicação da força axial.

[0044] Nas modalidades configuradas de modo a vedar um diâmetro externo de um corpo tubular, a porção alongada do elemento de came é configurada para receber o elemento de apoio e o elemento de vedação é configurado para deformar radialmente para dentro, de modo a entrar em contato com uma parede externa do corpo tubular, para criar uma vedação após a aplicação da força axial. Em tais modalidades, a superfície do came é angulada radialmente para dentro (isto é, uma forma cônica inversa) e pelo menos as extremidades das ramificações alongadas são configuradas para contrair radialmente para dentro após a aplicação da força de compressão axial.

[0045] Em algumas modalidades, as extremidades das ramificações alongadas são anguladas para formar uma superfície de extremidade que corresponde ao ângulo da superfície de came.

[0046] Em algumas modalidades, as extremidades livres das ramificações alongadas são usinadas para formar uma superfície externa que maximiza o contato com a parede do corpo tubular e uma superfície de extremidade que maximiza o contato com a superfície do came.

[0047] Em algumas modalidades, as ramificações do elemento de apoio podem ser usinadas na configuração implantada permitindo que a fenda de extrusão seja completamente reduzida. Por exemplo, no sistema de modo a vedar um diâmetro interno de um corpo tubular, as ramificações do elemento de apoio são expandidas para a posição final e, em seguida, o diâmetro externo e a face de extremidade são usinados. Isso resulta em um componente que, quando implantado, corresponde intimamente à forma do came e ao diâmetro interno de vedação.

[0048] Quando a força de implantação axial é aplicada, devido ao ângulo na porção de came, as ramificações se expandem (ou contraem) radialmente em torno da porção de came e entram em contato com a superfície interna (ou a superfície externa) do corpo tubular. Uma vez implantada, a superfície de extremidade do elemento de apoio coincide com o ângulo da superfície de came, resultando em nenhum espaço para a extrusão do elemento de vedação. Também fornece uma grande área de contato para o elemento de came ser mantido no lugar pelo elemento de apoio quando a pressão está agindo no elemento de vedação, evitando assim danos no elemento de came e na interface do elemento de apoio. Quando o elemento de apoio está totalmente implantado, não há fendas entre cada um das ramificações. Como as seções são flexionadas radialmente, elas também irão girar conforme necessário e se encaixar sem quaisquer fendas. As ramificações deslizam uma em relação à outra à medida que são implantados.

[0049] O elemento de vedação deformável pode ser uma única vedação elastomérica ou uma pilha de vedações que consiste em vários componentes, como são comumente conhecidos na indústria.

[0050] Este sistema antiextrusão pode ser configurado para reter alta pressão em uma única direção ou em duas direções. O sistema de direção única teria uma única montagem antiextrusão compreendendo um elemento de apoio e um elemento de came em um lado do elemento de vedação. Um sistema para manter a pressão em ambas as direções compreenderia uma montagem antiextrusão compreendendo um elemento de apoio e um elemento de came em cada lado do elemento de vedação.

[0051] Nas modalidades que compreendem mais de uma montagem de vedação, duas montagens adjacentes podem ser dispostas, de modo que a superfície de engate do elemento de came de uma montagem contate o elemento de vedação em uma extremidade oposta à extremidade do elemento de vedação em contato com a superfície de engate do elemento came da outra montagem.

[0052] Em algumas modalidades, a segunda porção de extremidade do elemento de apoio é acoplada com a porção alongada do elemento de came, para controlar o movimento axial do elemento de apoio em relação ao elemento de came. Por exemplo, a porção alongada pode ser fornecida com uma pluralidade de fendas e a segunda porção de extremidade do elemento de apoio é fornecida com uma pluralidade de aberturas correspondentes, em que cada abertura é acoplada à sua fenda correspondente por meio de um elemento de acoplamento, como pinos e parafusos.

[0053] Em algumas modalidades, as montagens antiextrusão são fornecidas, cada uma, com um mecanismo de cisalhamento que compreende um ou mais pinos de cisalhamento e um ou mais pistões de cisalhamento e fendas fornecidas no elemento de apoio configurado para receber os pinos de cisalhamento.

[0054] O mecanismo de cisalhamento é fornecido para implantar o dispositivo em uma ordem sequencial para maximizar a chance de vedação bem-sucedida por meio de compressão axial. O método típico para conseguir isso é manter uma extremidade em uma posição fixa e aplicar a força de compressão na outra extremidade. Por exemplo, em um sistema configurado de modo a vedar um diâmetro interno de um corpo tubular e fornecido com o mecanismo de cisalhamento, as ramificações do elemento de apoio se expandem inicial e radialmente para um diâmetro menor do que o diâmetro interno do corpo tubular. As ramificações são impedidas de se expandirem total e radialmente pelo mecanismo de cisalhamento que restringe o curso axial. Uma vez que a força necessária é alcançada, os pinos de cisalhamento cisalham e permitem que o elemento de came e o elemento de apoio se movam mais em direção ao elemento de vedação, permitindo assim que as ramificações sejam totalmente expandidas radialmente sobre a porção de came do elemento de came.

[0055] Em um sistema que compreende mais de uma montagem antiextrusão, o número de pinos de cisalhamento usados no mecanismo de cisalhamento determinará qual elemento de apoio será totalmente implantado primeiro. Isso é selecionado para minimizar o deslocamento axial do elemento de apoio selecionado dentro do corpo tubular enquanto totalmente implantado (isto é, totalmente expandido ou totalmente contraído). Quando as ramificações de um elemento de apoio estão totalmente implantadas antes de completar o deslocamento axial, o mesmo será firmemente pressionado na face de vedação do corpo tubular causando atrito significativo. Este atrito pode fazer com que o dispositivo desligue e não seja totalmente implantado ou pode causar danos ao elemento de apoio. O uso do mecanismo/montagem de cisalhamento permite que a maior parte do curso axial seja concluída antes do contato das ramificações com a face de vedação do corpo tubular.

[0056] O sistema de vedação da presente invenção pode ser usado para aplicações recuperáveis e não recuperáveis. Em aplicativos não recuperáveis, a montagem antiextrusão é implantado permanentemente uma vez. Em aplicativos recuperáveis, a montagem antiextrusão pode ser removida após a implantação sem danos.

[0057] Em modalidades recuperáveis, o elemento de vedação e a superfície de engate do elemento de came são operativamente conectados e configurados para mover a montagem e o elemento de vedação mediante aplicação de tensão axial. Por exemplo, o elemento de vedação pode ser fornecido com uma ou mais projeções configuradas para travar com uma cavidade na superfície de engate da porção de came para tornar a montagem e o elemento de vedação recuperavelmente móveis sob a aplicação de uma tensão axial.

[0058] O elemento de apoio e as ramificações podem ser feitos de qualquer material que seja mais rígido do que o elemento de vedação e tenha uma flexibilidade alta o suficiente para ser implantado sem danos, como aço.

[0059] No sistema de vedação do presente pedido, configurações relativas e interfaces/interações geométricas entre o elemento de apoio, o elemento de came correspondente e o elemento de vedação, resultam na redução ou eliminação das fendas de extrusão disponíveis para o elemento de vedação a ser extrudado, evitando assim a vedação de ser extrudada (mesmo em espaços de extrusão maiores) e permitindo pressões mais altas através da vedação.

[0060] O sistema da presente invenção pode ser usado em vários campos diferentes, como em poços de petróleo e gás (como tampões de ponte ou empacotadores), mineração, processamento químico, dutos, geração de energia, serviços públicos de água, etc.

[0061] De modo a obter uma melhor compreensão da invenção descrita no presente documento, os seguintes exemplos são apresentados. Será entendido que estes exemplos se destinam a descrever modalidades ilustrativas da invenção e não se destinam a limitar o escopo da invenção de qualquer forma.

EXEMPLOS

[0062] A Figura 1A representa uma vista em perspectiva de um sistema de vedação exemplar 10 da presente invenção mostrando duas montagens antiextrusão 12 e um elemento de vedação 14, montados em um mandril 13 para implantação em um corpo tubular (ou seja, em configuração não implantada). A Figura 1B representa uma vista ampliada do sistema de vedação da Figura 1A.

[0063] Cada montagem antiextrusão 12 compreende um elemento de apoio 15 tendo um corpo oco 16 compreendendo uma pluralidade de ramificações alongadas 18 fornecidas em uma porção de extremidade do mesmo, e um elemento de came 30 configurado para inserção no elemento de apoio.

[0064] A Figura 2A representa uma vista em perspectiva de um elemento de apoio na configuração implantada e a Figura 2C representa uma visão em perspectiva do elemento de apoio em configuração não implementada. As Figuras 2B e

2D representam vistas em corte transversal das Figuras 2A e 2C, respectivamente. Conforme mostrado nas Figuras 2A-D, o elemento de apoio 15 tem um corpo oco 16 tendo uma primeira porção de extremidade 16a e uma segunda porção de extremidade 16b, e uma pluralidade de ramificações 18 fornecidas na segunda porção de extremidade.

[0065] Neste exemplo, o elemento de apoio é fabricado em uma peça com ranhuras/fendas/cortes 22 para criar as ramificações. Os cortes 22 são projetados para criar uma estrutura radialmente compatível, enquanto mantém a rigidez axial e torcional. Os cortes 22 são tangenciais ou quase tangenciais ao diâmetro interno e irradiam em uma direção, a partir do ponto tangencial, tanto para a direita quanto para a esquerda, de modo que nenhum corte bifurque o outro (Figuras 2A-2D). A extremidade de cada ramificação é inclinada para formar uma superfície externa 24 e uma superfície de extremidade do elemento de apoio 25. O elemento de apoio também é fornecido com aberturas 26 para receber pinos ou parafusos e aberturas de pino de cisalhamento 28.

[0066] A Figura 3 é uma vista em corte transversal do elemento de came 30 de uma modalidade do sistema de vedação, que tem uma porção de inserção alongada 32 configurada para inserção no elemento de apoio 15 e uma porção de came em ângulo 34 tendo uma superfície de came 36 e um superfície de engate 38. A porção de inserção é fornecida com uma fenda 42 que se estende axialmente para receber os pinos correspondentes através das aberturas dos pinos do elemento de apoio. A superfície de engate também tem uma cavidade 40 configurada para receber uma projeção ou flange correspondente da vedação compatível 14.

[0067] Como visto nas Figuras 2A-D, a superfície de extremidade 25 do elemento de apoio é inclinada para combinar com o ângulo da superfície de came 36.

[0068] A Figura 4A representa uma vista em seção transversal de uma seção do sistema de vedação em uma configuração não implantada/sem vedação, e a Figura 4B representa uma vista em seção transversal de uma seção do sistema de vedação em uma configuração implantada/de vedação.

[0069] As Figuras 4a e 4B mostram duas montagens de vedação 12 colocadas em um corpo tubular 50. Cada montagem compreende um elemento de apoio tendo corpo alongado 16 e a pluralidade de ramificações alongadas 18. A porção de inserção do respectivo elemento de came é inserida na porção de apoio (portanto não visível), enquanto a porção de came 34 tendo a superfície de came 36 e a superfície de engate 38 é visível. Uma vedação complacente 14 é fornecida entre duas montagens adjacentes, em que as porções de extremidade opostas 14a e 14b da vedação complacente 14 estão em contato com a porção de came da montagem correspondente.

[0070] Antes da implantação, a vedação complacente 14 é adjacente à superfície de engate 38 dos elementos de came, que suportam a vedação complacente na direção axial, e as porções de extremidade das ramificações são adjacentes à superfície de came do respectivo elemento de came. A superfície de came 36 de cada elemento de came é inclinada radialmente para fora.

[0071] A montagem também contém um mecanismo/montagem de cisalhamento opcional. A montagem de cisalhamento consiste em pinos de cisalhamento 52 recebidos através das aberturas dos pinos de cisalhamento 28 do elemento de apoio e em contato com o pino de cisalhamento 52.

[0072] A montagem das Figuras 4A e 4B pode ser concebida para aplicação recuperável, fornecendo uma ou mais projeções (lóbulos) 56 na vedação 14, que são configuradas para intertravar com uma cavidade anular correspondente 40 de um elemento de came. A montagem é recuperada usando tensão axial. Uma vez montados em um mandril, a vedação 14 e o elemento de came 30 podem transmitir tensão axial.

[0073] O elemento de came 30 pode ser acoplado ao elemento de apoio 15 para transmitir tensão axial via fendas que se estendem axialmente 44, na porção de inserção do elemento de came 30. Pinos ou parafusos 54 podem ser inseridos através das aberturas 26 de apoio do elemento de apoio nas fendas 42 do elemento de came. O acoplamento do elemento de came e o elemento de apoio restringe o deslocamento axial do elemento de came, em relação ao elemento de apoio.

[0074] A montagem antiextrusão e o sistema de vedação representados nas Figuras 1 a 4 incluem ramificações configuradas para expandir radialmente para fora, de modo a vedar um diâmetro interno do corpo tubular 50, quando uma força axial é aplicada.

[0075] Embora não seja mostrado nas figuras, a montagem antiextrusão e o sistema de vedação da presente invenção podem ser configurados, de modo a vedar em um diâmetro externo de um corpo tubular, em que as ramificações se contrairiam radialmente para dentro quando uma força axial fosse aplicada. Nesta modalidade, o elemento de came 30 tem uma forma cônica inversa que é inclinada radialmente para dentro. As ramificações 18 do elemento de apoio 15 estão dentro do elemento de came. Quando a força axial é aplicada, as ramificações do elemento de apoio são deformadas para dentro radialmente, de modo que entram em contato com o diâmetro da vedação externa. O elemento de came e as ramificações deformadas do elemento de apoio formam um suporte contínuo para a vedação que limita ou elimina a folga de extrusão.

[0076] Embora a invenção tenha sido descrita com referência a certas modalidades específicas, várias modificações das mesmas serão evidentes aos técnicos no assunto sem se afastar do espírito e do escopo da invenção.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Sistema de vedação para uso em um corpo tubular, caracterizado pelo fato de que compreende: (a) uma primeira montagem antiextrusão compreendendo: um primeiro elemento de apoio alongado tendo um corpo oco compreendendo uma primeira porção de extremidade, uma segunda porção de extremidade, uma superfície interna e uma superfície externa e uma pluralidade de ramificações alongadas fornecidas na segunda porção de extremidade do corpo oco, a referida pluralidade de ramificações alongadas estendendo-se axialmente em paralelo ao eixo longitudinal do elemento de apoio, a dita pluralidade de ramificações alongadas sendo móveis entre uma primeira configuração não implantada e uma segunda configuração implantada; e um primeiro elemento de came tendo uma porção alongada, configurada para inserção no elemento de apoio ou para receber o elemento de apoio e uma porção de came em ângulo, tendo uma superfície de came e uma superfície de engate, em que a superfície de came é configurada para contatar as extremidades da pluralidade de ramificações alongadas; e (b) um elemento de vedação deformável, adaptado em uma primeira extremidade do mesmo para contatar a superfície de engate da porção de came do elemento de came; em que após a aplicação de uma força de compressão axial na montagem antiextrusão, o elemento de vedação é deformado em contato de vedação com uma parede do corpo tubular e a superfície de came da porção de came faz com que a pluralidade de ramificações alongadas se movam para a segundo configuração implantada, em que as extremidades da pluralidade de ramificações alongadas contatam a superfície do came e a parede do corpo tubular para obstruir uma fenda de extrusão entre o elemento de came e o corpo tubular, e em que as ramificações alongadas adjacentes estão em contato umas com as outras na configuração.

2. Sistema de vedação de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as ramificações alongadas são separadas por uma ranhura, em que cada ranhura é orientada em uma direção que é tangencial ou quase tangencial à superfície interna do corpo oco.

3. Sistema de vedação de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que as ramificações alongadas são radialmente flexíveis e axialmente rígidas.

4. Sistema de vedação de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que as extremidades das ramificações alongadas são anguladas para formar uma superfície de extremidade que corresponde ao ângulo da superfície de came.

5. Sistema de vedação de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que as extremidades das ramificações alongadas são usinadas para formar uma superfície externa que maximiza o contato com a parede do corpo tubular e uma superfície de extremidade que maximiza o contato com a superfície do came.

6. Sistema de vedação de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que a porção alongada do elemento de came é configurada para inserção no elemento de apoio e o elemento de vedação é configurado para deformar radialmente para fora, de modo a entrar em contato de forma vedada com uma parede interna do corpo tubular, mediante a aplicação da força axial.

7. Sistema de vedação de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que a superfície do came é angulada radialmente para fora e as extremidades das ramificações alongadas são configuradas para se expandir radialmente para fora após a aplicação da força axial.

8. Sistema de vedação de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que a porção alongada do elemento de came é configurada para receber o elemento de apoio e o elemento de vedação é configurado para deformar radialmente para dentro, de modo a entrar em contato de forma vedada com uma parede externa do corpo tubular, mediante a aplicação da força axial.

9. Sistema de vedação de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a superfície de came é angulada radialmente para dentro e as extremidades das ramificações alongadas se contraem radialmente para dentro após a aplicação da força axial.

10. Sistema de vedação de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que a segunda porção de extremidade do elemento de apoio é acoplada com a porção alongada do elemento de came para controlar o movimento axial do elemento de apoio, em relação ao elemento de came.

11. Sistema de vedação de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que a porção alongada compreende uma pluralidade de fendas, que se estendem axialmente e a segunda porção de extremidade do elemento de apoio compreende uma pluralidade de aberturas correspondentes, em que cada abertura é acoplada à sua fenda correspondente por meio de um elemento de acoplamento.

12. Sistema de vedação de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um mecanismo de cisalhamento, compreendendo um ou mais pinos de cisalhamento recebidos através de aberturas de pinos de cisalhamento fornecidas na porção alongada do elemento de apoio e um ou mais pistões de cisalhamento em contato com os pinos de cisalhamento.

13. Sistema de vedação de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizado pelo fato de que o elemento de vedação está operacionalmente conectado à superfície de engate do elemento de came, para mover a montagem antiextrusão mediante a aplicação de tensão axial.

14. Sistema de vedação de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que o elemento de vedação tem uma projeção configurada para intertravar com uma cavidade na superfície de engate da porção de came, de modo a tornar a montagem recuperavelmente móvel mediante a aplicação da tensão axial.

15. Sistema de vedação de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda: (c) uma segunda montagem antiextrusão compreendendo: um segundo elemento de apoio alongado tendo um corpo oco compreendendo uma primeira porção de extremidade, uma segunda porção de extremidade, uma superfície interna e uma superfície externa e uma pluralidade de ramificações alongadas formadas na primeira porção de extremidade do corpo oco, a dita pluralidade de ramificações alongadas se estendendo axialmente paralela ao eixo longitudinal do elemento de apoio, a dita pluralidade de ramificações alongadas sendo móveis entre uma primeira configuração não implantada e uma segunda configuração implantada; e um segundo elemento de came tendo uma porção alongada configurada para inserção no segundo elemento de apoio ou para receber o segundo elemento de apoio e uma porção de came em ângulo tendo uma superfície de came e uma superfície de engate, em que a superfície de came é configurada para contatar as extremidades da pluralidade de ramificações alongadas do segundo elemento de apoio; em que o elemento de vedação deformável é adaptado em uma segunda extremidade do mesmo para contatar a superfície de engate do segundo elemento de came.

16. Montagem antiextrusão, caracterizada pelo fato de que compreende: um elemento de apoio alongado tendo um corpo oco compreendendo uma primeira porção de extremidade, uma segunda porção de extremidade, uma superfície interna e uma superfície externa e uma pluralidade de ramificações alongadas fornecidas na segunda porção de extremidade do corpo oco, a referida pluralidade de ramificações alongadas se estendendo axialmente, em paralelo ao eixo longitudinal do elemento de apoio, a referida pluralidade de ramificações alongadas sendo móveis entre uma primeira configuração não implantada e uma segunda configuração implantada; e um elemento de came tendo uma porção alongada configurada para inserção no elemento de apoio ou para receber o elemento de apoio e uma porção de came angulada tendo uma superfície de came e uma superfície de engate, em que a superfície de came é configurada para contatar as extremidades da pluralidade de ramificações; em que ramificações alongadas adjacentes são configuradas para estar em contato umas com as outras na configuração implantada.

17. Montagem antiextrusão de acordo com a reivindicação 16, caracterizada pelo fato de que as ramificações alongadas são separados por uma ranhura, em que cada ranhura é orientada em uma direção que é tangencial ou quase tangencial à superfície interna do corpo oco.

18. Montagem antiextrusão de acordo com a reivindicação 16 ou 17, caracterizada pelo fato de que as ramificações alongadas são radialmente flexíveis e axialmente rígidas.

19. Montagem antiextrusão de acordo com qualquer uma das reivindicações 16 a 18, caracterizada pelo fato de que as extremidades das ramificações alongadas são anguladas para formar uma superfície de extremidade que corresponde ao ângulo da superfície de came.

20. Montagem antiextrusão de acordo com qualquer uma das reivindicações 16 a 19, caracterizada pelo fato de que as extremidades das ramificações alongadas são usinadas para formar uma superfície externa, que maximiza o contato com a parede do corpo tubular e uma superfície de extremidade, que maximiza o contato com a superfície de came.

21. Montagem antiextrusão de acordo com qualquer uma das reivindicações 16 a 20, caracterizada pelo fato de que a porção alongada do elemento de came é configurada para inserção no elemento de apoio.

22. Montagem antiextrusão de acordo com a reivindicação 21, caracterizada pelo fato de que a superfície do came é angulada radialmente para fora e as extremidades das ramificações alongadas são configuradas para se expandir radialmente para fora, após a aplicação da força axial.

23. Montagem antiextrusão de acordo com qualquer uma das reivindicações 16 a 20, caracterizada pelo fato de que a porção alongada do elemento de came é configurada para receber o elemento de apoio.

24. Sistema de vedação de acordo com a reivindicação 23, caracterizado pelo fato de que a superfície de came é angulada radialmente para dentro e as extremidades das ramificações alongadas se contraem radialmente para dentro após a aplicação da força axial.

25. Montagem antiextrusão de acordo com qualquer uma das reivindicações 16 a 24, caracterizada pelo fato de que a segunda porção de extremidade do elemento de apoio é acoplada com a porção de inserção do elemento de came para controlar o movimento axial do elemento de apoio, em relação ao elemento de came.

26. Sistema de vedação de acordo com a reivindicação 25, caracterizado pelo fato de que a porção de inserção compreende ainda uma pluralidade de fendas que se estendem axialmente e a segunda porção de extremidade do elemento de apoio compreende uma pluralidade de aberturas correspondentes, em que cada abertura é acoplada à sua fenda correspondente por meio de um elemento de acoplamento.

27. Sistema de vedação de acordo com a reivindicação 25, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um mecanismo de cisalhamento compreendendo um ou mais pinos de cisalhamento recebidos através de aberturas de pinos de cisalhamento fornecidas na porção alongada do elemento de apoio e um ou mais pistões de cisalhamento em contato com os pinos de cisalhamento.