BRPI0216109B1

BRPI0216109B1 - dispositivo expansível para uso em um ambiente de furo de poço, método de expansão de uma tubulação, e dispositivo tubular para uso em um furo de poço

Info

Publication number: BRPI0216109B1
Application number: BRPI0216109A
Authority: BR
Inventors: Barrie Hart; Craig D Johnson; L Mcd Schetky; Peter Besselink
Original assignee: Schlumberger Surenco Sa
Priority date: 2001-01-16
Filing date: 2002-01-16
Publication date: 2016-07-26
Also published as: ITMI20020077A1; DE10201631A1; US8776876B2; US20120181017A1; NL1022037A1; AU1019902A; NL1021076C2; US20140299331A1; SG104956A1; AU784777B2; US20130180706A1; NO335594B1; US20180328152A1; US20060037745A1; NL1022037C2; US10053963B2; NO20020225D0; NO20020225L; US8230913B2; US20020107562A1

Abstract

dispositivo expansível para uso em um ambiente de furo de poço, método de expansão de uma tubulação, e dispositivo tubular para uso em um furo de poço pedido dividido do pedido de patente no. p10201817-9 de 16.01.2002. trata-se de um dispositivo expansível compreendendo uma pluralidade de células expansíveis. as células podem ser células biestáveis ou outros tipos de células que são expandidas de uma posição contraída para una posição expandida. adicionalmente, as células podem ser combinadas com mecanismos de bloqueio para manutenção da estrutura numa posição expandida.

Description

DISPOSITIVO EXPANSÍVEL PARA USO EM UM AMBIENTE DE FURO DE POÇO, MÉTODO DE EXPANSÃO DE UMA TUBULAÇÃO, E DISPOSITIVO TUBULAR PARA USO EM UM FURO DE POÇO

Pedido Dividido do pedido de patente No. PI0201817-9 de 16.01.2002 CAMPO DA INVENÇÃO

Esta invenção refere-se na generalidade a dispositivos expansíveis, e em particular a dispositivos formados de uma ou mais células expansíveis que facilitam a transição do dispositivo de um estado contraído para um estado expandido.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

Numa variedade de aplicações e ambientes, seria benéfico possuir um dispositivo capaz de efetuar uma transição de um estado de contração para um estado de expansão. Tais dispositivos podem compreender elementos planares, elementos tubulares, elementos retangulares e uma variedade de outras configurações. Aplicações exemplares incluem aplicações no campo da medicina em que dispositivos expansíveis, tais como "stents", são instalados numa localização desejada e subseqüentemente expandidos. Uma outra aplicação exemplar compreende a utilização de elementos expansíveis na recuperação de diversos fluidos, por exemplo, de petróleo, de localizações subterrâneas.

Por exemplo, fluidos tais como petróleo, gás natural e água são obtidos de formações geológicas subterrâneas (uma "jazida") mediante a perfuração de um poço que penetra na formação em que o fluido se encontra localizado. Quando um furo de poço tiver sido perfurado até uma certa profundidade, a parede do poço perfurado é tipicamente apoiada para impedir o seu desabamento. Durante a perfuração e utilização de um poço perfurado, diversos elementos tubulares, tais como camisas, revestimentos, telas de areia, etc. são instalados no interior do poço perfurado.

Diversos métodos foram desenvolvidos para expansão radial de elementos tubulares, por exemplo, puxando-se um mandril de expansão através do elemento tubular para deformar plasticamente o elemento tubular numa direção radial de dentro para fora. Uma tal abordagem, entretanto, requer uma grande quantidade de força para obtenção da expansão desejada. A indústria médica, a indústria do petróleo e uma variedade de outras indústrias utilizam certos tipos de elementos expansíveis ou seriam beneficiadas pela utilização de elementos expansíveis em numerosas aplicações. Entretanto, existe somente uma pequeno número de dispositivos que são prontamente expansíveis numa localização desejada. Os dispositivos existentes requerem forças substanciais para criação da expansão. Além disso, ocorre freqüentemente uma deformação plástica substancial que pode limitar a seleção de materiais disponíveis para um determinado dispositivo expansível. A presente invenção pretende superar, ou pelo menos reduzir, os efeitos de um ou mais dos problemas enunciados acima.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO A presente invenção refere-se na generalidade a dispositivos expansíveis que podem ser utilizados, por exemplo, em ambientes subterrâneos. Numa configuração da invenção, o dispositivo expansível compreende uma ou mais células expansíveis que facilitam a expansão do dispositivo. A título de exemplo, um elemento tubular pode ser formado com uma pluralidade de células expansíveis que facilitam a expansão radial do dispositivo de um estado retraído ou contraído para um estado expandido. Vários tipos de células e várias construções de células podem ser utilizadas dependendo da aplicação e dos parâmetros desejados do dispositivo expansível.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS A invenção será a partir deste ponto descrita com referência aos desenhos que se encontram em anexo, nos quais numerais de referência similares indicam elementos similares, e: As Figuras IA e 1B são ilustrações das forças impostas para realização de uma estrutura biestável;

As Figuras 2A e 2B ilustram curvas de força de deflexão de duas estruturas biestáveis;

As Figuras 3A - 3F ilustram estados expandidos e retraídos de três células biestáveis com diversas razões de espessura;

As Figuras 4A e 4B ilustram um elemento tubular expansível biestável em seus estados expandido e retraído;

As Figuras 4C e 4D ilustram um elemento tubular expansível biestável nos estados retraído e expandido no interior de um poço perfurado;

As Figuras 5A e 5B ilustram um tipo de dispositivo de instalação de tampão ("packer") expansível;

As Figuras 6A e 6B ilustram um tipo dispositivo de instalação de tampão ("packer") mecânico;

As Figuras 7A - 7D ilustram um tipo de dispositivo de instalação de macho de dilatação expansível;

As Figuras 8A - 8D ilustram um tipo de dispositivo de instalação de pistão;

As Figuras 9A e 9B ilustram um tipo de dispositivo de instalação de bujão;

As Figuras 10A e 10B ilustram um tipo de dispositivo de instalação de esfera; A Figura 11 é um diagrama de um poço perfurado utilizando um elemento tubular biestável expansível; A Figura 12 ilustra um dispositivo de instalação de roletes radiais acionado por motor; A Figura 13 ilustra um dispositivo de instalação de roletes radiais de acionamento hidráulico; A Figura 14 é uma vista de corte transversal de uma configuração do tampão ("packer") da presente invenção; A Figura 15 é uma vista de corte transversal de uma outra configuração do tampão ("packer") da presente invenção; A Figura 16 é uma vista em elevação lateral de uma configuração da presente invenção num estado contraído; A Figura 17 é uma vista em elevação lateral de uma configuração da presente invenção num estado expandido;

As Figuras 18A - C são vistas esquemáticas de uma configuração alternativa da presente invenção; A Figura 19 é uma vista em perspectiva de uma configuração alternativa da presente invenção; A Figura 20 é uma vista esquemática de uma configuração alternativa da presente invenção; A Figura 21 é uma vista esquemática de uma configuração alternativa da presente invenção;

As Figuras 22A - B são vistas em elevação lateral parcial de uma configuração da presente invenção nas posições contraída e expandida, respectivamente;

As Figuras 23A - B são vistas em elevação lateral parcial de uma configuração da presente invenção nas posições contraída e expandida, respectivamente;

As Figuras 24A - B são vistas em elevação lateral de uma configuração alternativa de uma célula expansível em suas posições contraída e expandida, respectivamente;

As Figuras 25A - B são vistas em elevação lateral de uma célula similar àquela ilustrada nas Figuras 24A - B instalada em suas posições contraída e expandida, respectivamente;

As Figuras 26A - B ilustram uma outra configuração de células expansíveis exibidas em suas posições contraídas e expandidas, respectivamente;

As Figuras 27A - B ilustram uma outra configuração i de células expansíveis exibidas em suas posições contraídas e expandidas, respectivamente;

As Figuras 28A - B ilustram uma outra configuração de células expansíveis exibidas em suas posições contraídas e expandidas, respectivamente;

As Figuras 29A - B ilustram uma outra configuração de células expansíveis exibidas em suas posições contraídas e expandidas, respectivamente;

As Figuras 30A - B ilustram uma outra configuração de uma célula expansível exibida em suas posições contraída e expandida, respectivamente;

As Figuras 31A - C ilustram uma célula com elementos de armazenagem de energia movendo-se de um estado contraído para um estado expandido;

As Figuras 32A - 32B ilustram uma outra configuração da célula ilustrada nas Figuras 31A - C numa posição contraída e numa posição expandida, respectivamente; A Figura 33 ilustra uma outra construção exemplar de célula expansível; A Figura 34 ilustra uma outra construção exemplar de célula expansível;

As Figuras 35A - D ilustram um mecanismo de bloqueio exemplar movendo-se através de vários estágios desde uma posição fechada até uma posição aberta e bloqueada;

As Figuras 36A - D ilustram uma outra configuração do mecanismo de bloqueio da Figura 35; A Figura 37 ilustra um mecanismo de bloqueio combinado com uma célula expansível;

As Figuras 38A - B ilustram uma célula expansível combinada com um mecanismo de bloqueio numa posição retraída e numa posição expandida, respectivamente; A Figura 39 ilustra uma célula expansível com uma outra configuração de um mecanismo de bloqueio;

As Figuras 40A - B ilustram uma célula expansível individual e uma pluralidade de células expansíveis, respectivamente, em combinação com correspondentes mecanismos de bloqueio;

As Figuras 41A - B ilustram uma outra configuração de combinações de células expansíveis e mecanismos de bloqueio em posições retraídas e expandidas, respectivamente; e A Figura 42 é uma representação esquemática da combinação de células expansíveis possuindo diferentes tamanhos e configurações num único dispositivo expansivel.

Muito embora a invenção seja passível de diversas modificações e formas alternativas, configurações específicas da mesma foram apresentadas a título de exemplo nos desenhos e são aqui descritas detalhadamente. Deverá ser entendido, entretanto, que a descrição aqui feita de configurações específicas não tem como objetivo limitar a i invenção às formas particulares que são reveladas, mas muito pelo contrário, a intenção consiste em abranger todas as modificações, equivalências, e alternativas que possam situar-se no âmbito do espírito e do escopo da invenção conforme a mesma é definida nas reivindicações em anexo.

DESCRIÇÃO DETALHADA DE CONFIGURAÇÕES EXEMPLARES

Serão seguidamente descritos vários dispositivos expansíveis que utilizam células expansíveis para facilitarem a expansão do dispositivo de um estado contraído para um estado expandido. Diversas técnicas de expansão, construções de células expansíveis, e mecanismos de bloqueio são descritos, e tipicamente a descrição é associada a uma ou mais aplicações exemplares. Por exemplo, as células são descritas para utilização em componentes tubulares, tais como tubos utilizados na indústria de produção de petróleo. Entretanto, esta aplicação constitui somente uma aplicação exemplar para demonstrar a aplicabilidade das diversas células e mecanismos de bloqueio aqui descritos. A descrição não deverá ser interpretada como limitando a aplicação de tais dispositivos expansiveis aos ambientes ou aplicações especificamente descritos no presente documento. Ao invés disso, as técnicas para formulação de dispositivos expansiveis podem ter uma ampla gama de aplicações em outros ambientes e indústrias.

Conforme se encontra descrito mais abaixo, dispositivos expansiveis exemplares podem compreender ou não compreender células biestáveis. Sejam ou não biestáveis, as células expansiveis facilitam a expansão de um determinado dispositivo entre um estado contraído e um estado expandido para uma variedade de operações ou procedimentos. A seleção de um tipo particular de célula expansível depende de uma variedade de fatores incluindo o ambiente, o grau de expansão, os materiais disponíveis, etc.

Os dispositivos biestáveis utilizados na presente invenção podem auferir vantagens de um princípio ilustrado nas Figuras IA e 1B. A Figura IA ilustra uma haste 10 fixada em cada uma das extremidades a suportes rígidos 12. Se a haste 10 for submetida a uma força axial ela começa a deformar-se conforme se encontra ilustrado na Figura 1B. À medida que a força axial é aumentada a haste 10 finalmente alcança o seu limite de empenamento Euler e deflete-se para uma das duas posições estáveis ilustradas com os numerais 14 e 15. Se a haste empenada for agora sujeitada por aperto na posição empenada, uma força em ângulo reto relativamente ao eixo geométrico longitudinal poderá fazer a haste mover-se para qualquer uma das posições estáveis mas não para qualquer outra posição. Quando a haste é submetida a uma força lateral ela terá que deslocar-se descrevendo um ângulo β antes de se defletir para a sua nova posição estável.

Os sistemas biestáveis são caracterizados por uma curva de força de deflexão tal como aquelas que se encontram ilustradas nas Figuras 2A e 2B. A força aplicada externamente 16 faz a haste 10 da Fig. 1B mover-se na direção X e alcança um valor máximo 18 no inicio da mudança de uma configuração estável para a outra. Uma deflexão adicional requer menos força porque o sistema tem agora uma taxa negativa de tensão de mola e quando a força passa a ter um valor zero a deflexão para a segunda posição estável é espontânea. A curva de força de deflexão para este exemplo é simétrica e encontra-se ilustrada na Figura 2A. Mediante a introdução seja de uma curvatura prévia na haste, ou de uma seção transversal assimétrica, a curva de força de deflexão pode ser tornada assimétrica conforme a ilustração constante na Figura 2B. Neste sistema a força 19 requerida para fazer a haste assumir uma posição estável é maior que a força 20 requerida para causar a deflexão inversa. A força 20 deverá ser maior que zero para que o sistema tenha características biestáveis.

As estruturas biestáveis, por vezes referidas como dispositivos de cotovelo, foram utilizados na indústria para dispositivos tais como discos flexíveis, braçadeiras excêntricas, dispositivos de fixação por pressão e sistemas de desengate rápido para cabos de tensionamento (tal como em suportes de estais de aparelhagem de veleiros).

Ao invés de utilizar os suportes rígidos conforme se encontram ilustrados nas Figuras IA e 1B, pode ser construída uma célula em que o elemento de restrição é provido por hastes estruturais curvas ligadas em cada extremidade conforme se encontra ilustrado nas Figuras 3A -3F. Se ambas as hastes estruturais 21 e 22 tiverem a mesma espessura conforme se encontra ilustrado nas Figuras 3A e 3B, a curva de força de deflexão é linear e a célula alonga-se quando é comprimida de sua posição aberta ilustrada na Figura 3B para a sua posição fechada ilustrada na Figura 3A. Se as hastes estruturais da célula tiverem espessuras diferentes, conforme se encontra ilustrado nas Figuras 3C - 3F, a célula terá as características de força de deflexão ilustradas na Figura 2B, e seu comprimento não se altera quando a mesma se move entre suas duas posições estáveis. Pode desta forma ser construído um elemento tubular biestável expansível de tal forma que quando a dimensão radial se expande, a extensão axial permanece constante. Num exemplo, se a razão de espessura for de aproximadamente 2:1, a haste estrutural mais pesada oferece resistência a alterações longitudinais. Alterando-se a razão entre as dimensões espessa-para-fina da haste estrutural, as forças de abertura e fechamento podem ser alteradas. Por exemplo, as Figuras 3C e 3D ilustram uma razão de espessura de aproximadamente 3:1, e as Figuras 3E e 3F ilustram uma razão de espessura de aproximadamente 6:1.

Um elemento tubular biestável de calibre expansível, tal como um revestimento, um tubo, uma emenda, ou uma seção de tubulação, pode ser construído com uma série de células acopladas biestáveis circunferenciais 23 conforme se encontra ilustrado nas Figuras 4A e 4B, em que cada haste estrutural fina 21 é acoplada a uma haste estrutural espessa 22. A flexibilidade longitudinal de um tal elemento tubular pode ser modificada mediante alteração do comprimento das células e ligando-se cada fileira de células por meio de um elo deformável. Adicionalmente, as características de força de deflexão e a flexibilidade longitudinal podem igualmente ser alteradas através da construção do formato da célula. A Figura 4A ilustra um elemento tubular biestável expansível 24 em sua configuração expandida enquanto a Figura 4B ilustra o elemento tubular biestável expansivel 24 em sua configuração contraída ou retraída. No âmbito do presente pedido o termo "retraído" é usado para identificar a configuração do elemento ou dispositivo biestável no estado estável com o menor diâmetro, e não pretende sugerir que o elemento ou dispositivo esteja de nenhuma forma danificado. No estado retraído, o elemento tubular biestável 24 é prontamente introduzido num poço perfurado 29, conforme se encontra ilustrado na Figura 4C. Após a colocação do elemento tubular biestável 24 numa localização desejada no interior do poço perfurado, o mesmo é expandido, conforme se encontra ilustrado na Figura 4D. A geometria das células biestáveis é tal que a seção transversal do elemento tubular pode ser expandida na direção radial para aumentar o diâmetro em geral do elemento tubular. À medida que o elemento tubular se expande radialmente, as células biestáveis deformam-se elasticamente até ser alcançada uma geometria específica. Neste ponto, as células biestáveis movem-se, por exemplo, subitamente com um efeito de mola, para uma geometria expandida final. Com alguns materiais e/ou construções de células biestáveis, pode ser liberada uma quantidade de energia suficiente na deformação elástica da célula (quando cada célula se desloca subitamente com efeito de mola ao ultrapassar a geometria específica) de tal forma que as células em expansão podem causar o início da expansão de células biestáveis adjacentes fazendo as mesmas ultrapassarem a geometria crítica de célula biestável das mesmas. Dependendo das curvas de deflexão, uma parte ou até mesmo uma extensão inteira de um elemento tubular biestável expansível pode ser expandida a partir de um único ponto.

De uma forma similar, se forem exercidas forças de compressão no sentido radial sobre um elemento tubular biestável expansível, o mesmo contrai-se radialmente e as células biestáveis deformam-se elasticamente até ser alcançada uma geometria crítica. Neste ponto as células biestáveis movem-se subitamente com efeito semelhante ao de uma mola formando uma estrutura retraída final. Desta forma a expansão do elemento tubular biestável é reversível e pode ser repetida. Portanto o elemento tubular biestável pode constituir uma ferramenta reutilizável que é seletivamente alterada entre o estado expandido conforme se encontra ilustrado na Figura 4A e o estado retraído conforme se encontra ilustrado na Figura 4B.

No estado retraído, tal como se encontra ilustrado na Figura 4B, o elemento tubular biestável expansível é facilmente inserido e posicionado no interior de um poço perfurado. Um dispositivo de instalação é então utilizado para alterar a configuração do estado retraído para o estado expandido.

No estado expandido, tal como se encontra ilustrado na Figura 4A, o controle de construção das propriedades do material elástico de cada célula biestável pode permitir que uma força radial constante seja aplicada pela parede do elemento tubular contra a superfície constritiva do poço perfurado. As propriedades do material e o formato geométrico das células biestáveis podem ser projetados para proporcionarem determinados resultados desejados.

Um exemplo de construção para obtenção de determinados resultados desejados é constituído por uma coluna de elementos tubulares biestáveis expansíveis com mais de um diâmetro ao longo da totalidade da extensão da coluna. Isto pode ser útil em poços perfurados com diâmetros variáveis, quer tenham sido projetados dessa forma ou isso seja o resultado de ocorrências imprevistas tais como alargamentos com erosão causado por ruptura da parede do elemento tubular ("washouts") ou sulcos semelhantes a chavetas na parede do poço causados por deflexão da coluna ("keyseats") no interior do poço perfurado. Isto pode também ser benéfico quando é desejado localizar uma parte do dispositivo expansível biestável no interior de uma seção do poço provida com revestimento enquanto que uma outra parte fica localizada numa seção do poço ainda desprovida de revestimento. A Figura 11 ilustra um exemplo desta situação. Um poço perfurado 40 é perfurado a partir da superfície 42 e compreende uma seção revestida 44 e uma seção de furo aberto 46. Um dispositivo biestável expansível 48 possuindo segmentos 50, 52 com diversos diâmetros é colocado no interior do poço. 0 segmento de maior diâmetro 50 é utilizado para estabilizar a seção de furo aberto do poço, enquanto que o segmento com diâmetro reduzido 52 é localizado no interior da seção revestida 44 do poço.

Luvas ou conectores biestáveis 24A (vide a Figura 4C) podem ser projetados para permitirem a união mútua de seções do elemento tubular biestável expansivel formando uma coluna com comprimentos úteis utilizando o mesmo principio ilustrado nas Figuras 4A e 4B. Este conector biestável 24A também incorpora uma construção de células biestáveis que permite que o mesmo se expanda radialmente utilizando o mesmo mecanismo que o componente tubular expansivel biestável. Conectores biestáveis exemplares possuem um diâmetro ligeiramente superior ao das seções de elementos tubulares expansiveis que estão sendo unidas. O conector biestável é então disposto sobre as extremidades das duas seções e é mecanicamente acoplado às seções de elementos tubulares expansiveis. Elementos de fixação mecânicos tais como parafusos, rebites ou cintas podem ser utilizados para acoplarem o conector às seções de elementos tubulares. O conector biestável é tipicamente projetado para possuir uma taxa de expansão que é compatível com as seções de elementos tubulares expansiveis, de tal forma que continua a acoplar as duas seções após a expansão dos dois segmentos e do conector.

Alternativamente, o conector biestável pode ter um diâmetro menor que as duas seções de elementos tubulares expansíveis unidas. Nesse caso, o conector é inserido para o interior das extremidades dos elementos tubulares e fixado mecanicamente conforme foi discutido acima. Uma outra configuração envolveria a usinagem das extremidades das seções de elementos tubulares seja em suas superfícies internas, seja em suas superfícies externas, para formação de um rebaixo anular no qual o conector seria localizado. Um conector projetado para encaixe no rebaixo é disposto no rebaixo. 0 conector seria então mecanicamente acoplado às extremidades conforme foi descrito acima. Desta forma o conector forma uma conexão relativamente nivelada com as seções de elementos tubulares.

Um dispositivo de encaminhamento 31 transporta as extensões de elementos tubulares expansíveis biestáveis e os conectores biestáveis para o interior do poço perfurado e para a posição correta. (Vide as Figuras 4C e 4D) . 0 dispositivo de encaminhamento pode utilizar um ou mais dispositivos tais como cabo de perfuração ("wireline"), tubagem espiralada, tubagem espiralada com condutor de cabo de perfuração, tubo de perfuração, tubagem ou revestimento.

Um dispositivo de instalação 33 pode ser incorporado ao conjunto em geral para expandir o elemento tubular expansível biestável e os conectores. (Ver as Figuras 4C e 4D) . Os dispositivos de instalação podem ser de numerosos tipos tais como um elemento de tampão ("packer") inflável, um elemento de tampão ("packer") mecânico, um macho de dilatação expansível, um aparelho de pistão, um atuador mecânico, um solenóide elétrico, um aparelho tipo bujão, por exemplo um dispositivo de formato cônico puxado ou empurrado através da tubagem, um aparelho tipo esfera ou um expansor de tipo rotativo conforme é discutido adicionalmente mais abaixo.

Um elemento de tampão ("packer") inflável encontra-se ilustrado nas Figuras 5A e 5B, e o mesmo é constituído por um dispositivo com uma bexiga, elemento ou fole inflável incorporado no conjunto de fundo de poço do sistema de elementos tubulares expansíveis biestáveis. Na ilustração da Figura 5A, o elemento de tampão ("packer") inflável 25 encontra-se localizado no interior de toda a extensão, ou de uma parte da extensão, do elemento tubular biestável 24 no estado retraído inicial e quaisquer conectores expansíveis biestáveis (não exibidos). Quando o sistema de elementos tubulares expansíveis biestáveis se encontrar na profundidade correta de instalação, o elemento de tampão ("packer") inflável 25 é expandido radialmente mediante o bombeamento de fluido para o interior do dispositivo conforme se encontra ilustrado na Figura 5B. O fluido utilizado para inflação pode ser bombeado da superfície através de tubagem ou tubos de perfuração, uma bomba mecânica, ou através de uma bomba elétrica localizada no interior do poço que é alimentada com energia através de um cabo de perfuração. Quando o elemento de tampão ("packer") inflável 25 se expande, ele força o elemento tubular expansivel biestável 24 a também se expandir radialmente. Num determinado diâmetro de expansão, o elemento de tampão ("packer") inflável faz as células biestáveis no elemento tubular alcançarem uma geometria crítica em que tem início o efeito de "mola" biestável, e o sistema de elementos tubulares expansíveis biestáveis expande-se para o seu diâmetro final. Finalmente o elemento de tampão ("packer") 25 é deflacionado e removido do elemento tubular expansivel biestável 24 instalado.

Um elemento de tampão ("packer") mecânico encontra-se ilustrado nas Figuras 6A e 6B e o mesmo é um dispositivo com um elemento plástico deformável 26 que se expande radialmente quando é comprimido na direção axial. A força para compressão do elemento pode ser provida através de um mecanismo de compressão 27, tal como um mecanismo de parafuso, carne, ou um pistão hidráulico. 0 elemento de tampão ("packer") mecânico instala os conectores e elementos tubulares expansíveis biestáveis da mesma forma que o elemento de tampão ("packer") inflável. O elemento plástico deformável 26 aplica uma força radial de dentro para fora à circunferência interna dos conectores e elementos tubulares expansíveis biestáveis, permitindo que os mesmos por sua vez se expandam de uma posição contraída (ver Figura 6A) para um diâmetro final de instalação (ver Figura 6B).

Um macho de dilatação expansivel encontra-se ilustrado nas Figuras 7A - 7D e compreende uma série de dedos 28 que se encontram dispostos numa configuração radial em torno de um mandril cônico 30. As Figuras 7A e 7C mostram respectivamente vistas lateral e de topo. Quando o mandril 30 é empurrado ou puxado através dos dedos 28 os mesmos expandem-se radialmente para o lado de fora, conforme se encontra ilustrado nas Figuras 7B e 7D. Um macho de dilatação expansivel é utilizado da mesma forma que um elemento de tampão ("packer") mecânico para instalar um conector e elemento tubular expansivel biestável.

Um aparelho tipo pistão encontra-se ilustrado nas Figuras 8A - 8D e compreende uma série de pistões 32 voltados de face radialmente para o lado de fora e utilizados como um mecanismo para expandir os conectores e elementos tubulares expansiveis biestáveis. Quando são energizados, os pistões 32 aplicam uma força dirigida radialmente para instalarem o conjunto de elementos tubulares expansiveis biestáveis tal como é feito pelo elemento de tampão ("packer") inflável. As Figuras 8A e 8C ilustram os pistões retraídos enquanto as Figuras 8B e 8D mostram os pistões estendidos. O aparelho tipo pistão pode ser atuado hidraulicamente, mecanicamente ou eletricamente.

Nas Figuras 9A e 9B encontra-se ilustrado um atuador tipo bujão, e o mesmo compreende um bujão 34 que é empurrado ou puxado através dos elementos tubulares expansíveis biestáveis 24 ou conectores conforme se encontra ilustrado na Figura 9A. 0 bujão é dimensionado para expandir as células biestáveis de forma a fazê-las ultrapassar o ponto critico em que as mesmas irão mudar subitamente e com efeito semelhante ao de uma mola para um diâmetro expandido final conforme se encontra ilustrado na Figura 9B.

Um atuador tipo esfera encontra-se ilustrado nas Figuras 10A e 10B e opera quando uma esfera sobredimensionada 36é bombeada através do meio dos elementos tubulares expansíveis biestáveis e24 e conectores. Para impedir a ocorrência de perdas de fluido através das fendas das células, uma camisa fabricada à base de elastômero 38 é inserida no sistema de elementos tubulares expansíveis biestáveis. O efeito do bombeamento da esfera 36 através dos elementos tubulares expansíveis biestáveis 24 e conectores consiste em expandir a geometria das células causando a ultrapassagem do ponto crítico de biestabilidade, permitindo a ocorrência de uma expansão plena conforme se encontra ilustrado na Figura 10B. Quando os conectores e elementos tubulares expansíveis biestáveis se encontra expandidos, a camisa elastomérica 38 e a esfera 36 são retiradas.

Atuadores do tipo de roletes radiais podem igualmente ser utilizados para expandirem as seções de elementos tubulares biestáveis. A Figura 12 ilustra uma ferramenta de roletes radiais expansíveis motorizada. A ferramenta compreende um ou mais conjuntos de braços 58 que são expandidos para um diâmetro predeterminado por meio de um mecanismo e pivô. Na extremidade de cada conjunto de braços encontra-se um rolete 60. Centralizadores 62 podem ser acoplados à ferramenta para localizá-la corretamente no interior do poço perfurado e do elemento tubular biestável 24. Um motor 64 proporciona a força para fazer rodar o conjunto inteiro, dessa forma fazendo o(s) rolete(s) rodar(em) circunferencialmente no interior do poço perfurado. O eixo geométrico do(s) rolete (s) permite que o(s) rolete (s) rode(m) livremente quando entram em contato com a superfície interna do elemento tubular. Cada rolete pode ter uma seção de formato cônico para aumentar a área de contato da superfície do rolete com a parede interna do elemento tubular. Os roletes encontram-se inicialmente retraídos e a ferramenta é inserida no elemento tubular biestável retraído. A ferramenta é então feita rodar pelo motor 64, e os roletes 60 são deslocados para fora entrando em contato com a superfície interna do elemento tubular biestável. Quando se encontram em contato com o elemento tubular, os roletes são feitos pivotar para o lado de fora numa distância maior para aplicarem uma força radial de dentro para fora sobre o elemento tubular biestável. O movimento de dentro para fora dos roletes pode ser obtido mediante força centrifuga ou de um mecanismo atuador apropriado acoplado entre o motor 64 e os roletes 60. A posição de pivotação final é ajustada para um ponto em que o elemento tubular ajustável pode ser expandido para o diâmetro final. A ferramenta é então deslocada longitudinalmente através do elemento tubular biestável retraído, enquanto o motor continua a fazer rodar os roletes e braços pivotáveis. Os roletes seguem um percurso helicoidal de pouca profundidade 66 no interior do elemento tubular biestável, expandindo as células biestáveis em seu percurso. Quando o elemento tubular biestável se encontra instalado, a rotação da ferramenta é interrompida e o rolete é retraído. A ferramenta é então retirada do elemento tubular biestável por um dispositivo de encaminhamento 68 que pode igualmente ser utilizado para inserção da ferramenta. A Figura 13 ilustra um dispositivo de instalação de roletes radiais acionado hidraulicamente. A ferramenta compreende um ou mais roletes 60 que são feitos entrar em contato com a superfície interna do elemento tubular biestável por meio de um pistão hidráulico 70. A força radial de dentro para fora aplicada pelos roletes pode ser aumentada até um ponto em que o elemento tubular biestável se expande para o seu diâmetro final. Centralizadores 62 podem ser acoplados à ferramenta para localizarem a mesma corretamente no interior do poço perfurado e do elemento tubular biestável 24. Os roletes 60 encontram-se inicialmente retraídos e a ferramenta é inserida no elemento tubular biestável 24 retraído. Os roletes 60 são então colocados em funcionamento e exercem uma pressão contra a parede interna do elemento tubular biestável 24 para expandirem uma parte do elemento tubular para o seu diâmetro final. A ferramenta inteira é então empurrada ou puxada longitudinalmente através do elemento tubular biestável 24 expandindo a extensão inteira de células biestáveis 23. Quando o elemento tubular biestável 24 se encontrar instalado em seu estado expandido, os roletes 60 são retraídos e a ferramenta é retirada do poço perfurado pelo dispositivo de encaminhamento 68 utilizado para inserção da mesma. Alterando-se o eixo geométrico dos roletes 60, a ferramenta pode ser feita rodar por intermédio de um motor enquanto se desloca longitudinalmente através do elemento tubular biestável 24. A energia para acionar o dispositivo de instalação pode ser obtida de uma fonte ou uma combinação de fontes tais como: energia elétrica fornecida alternativamente a partir da superfície ou armazenada num arranjo de baterias juntamente com o dispositivo de instalação, energia hidráulica provida por bombas na superfície ou no interior do poço, turbinas ou um acumulador de fluido, e energia mecânica fornecida através de uma interligação apropriada atuada por movimento aplicado na superfície ou armazenada no interior do poço tal como num mecanismo de mola. 0 sistema de elementos tubulares expansíveis biestáveis é projetado de tal forma que o diâmetro interno do elemento tubular instalado seja expandido para manter uma área de seção transversal máxima ao longo do elemento tubular expansível. Esta característica permite a construção de poços de calibre único e facilita a eliminação de problemas associados com sistemas tradicionais de revestimento de poços perfurados nos quais o diâmetro externo do revestimento tem que ser reduzido de forma escalonada muitas vezes, restringindo o acesso, em poços perfurados de grande extensão. 0 sistema de elementos tubulares expansíveis biestáveis pode ser aplicado em numerosas aplicações tal como numa camisa expansível para poço aberto em que o elemento tubular expansível biestável 24 é utilizado para proporcionar apoio a uma formação de poço aberto exercendo uma força radial externa sobre a superfície do poço perfurado. Quando o elemento tubular biestável 24 é expandido radialmente, o elemento tubular entra em contato com a superfície que forma o furo de poço 29. Estas forças radiais ajudam a estabilizar as formações e permitem a perfuração de poços com uma menor quantidade de colunas de revestimento convencionais. A camisa para poço aberto pode igualmente compreender um material, por exemplo um invólucro, que reduz a taxa de perda de fluido do poço perfurado para o interior das formações. 0 invólucro pode ser feito de uma variedade de materiais incluindo materiais elastoméricos e/ou metálicos expansiveis. mediante a redução da perda de fluido para o interior das formações, é possível reduzir a despesa incorrida com fluidos de perfuração e é possível minimizar o risco de perda de circulação e/ou desabamento do poço perfurado.

As camisas podem igualmente ser utilizadas no interior de elementos tubulares de poços perfurados para propósitos tais como de proteção contra corrosão. Um exemplo de um ambiente corrosivo é o ambiente resultante da utilização de dióxido de carbono para incrementar a recuperação de petróleo de uma formação em produção. O dióxido de carbono (C02) reage prontamente com qualquer água (H20) que se encontrar presente, formando ácido carbônico (H2CO3) . Outros ácidos podem igualmente ser gerados, particularmente se estiverem presentes compostos de enxofre. Os elementos tubulares utilizados para injeção do dióxido de carbono bem como aqueles que são utilizados em poços em produção estão sujeitos a taxas de corrosão muito elevadas. A presente invenção pode ser utilizada para colocação de camisas protetoras, por exemplo, um elemento tubular biestável 24, no interior de um elemento tubular já existente para minimização dos efeitos de corrosão e para prolongar o tempo de vida útil dos elementos tubulares do poço perfurado.

Uma outra aplicação exemplar envolve a utilização do elemento tubular biestável 24 como uma camisa perfurada expansível. As células biestáveis abertas no elemento tubular expansivel biestável permitem um fluxo sem restrições a partir da formação, simultaneamente proporcionando uma estrutura para estabilização do furo de poço.

Uma outra aplicação ainda do elemento tubular biestável 24 é na forma de uma tela de areia expansivel em que as células biestáveis são dimensionadas para atuarem como uma tela de controle de areia. Além disso, um material filtrante pode ser combinado com o elemento tubular biestável conforme se encontra explicado mais adiante. Por exemplo, um elemento de tela expansivel pode ser fixado ao elemento tubular expansivel biestável. 0 elemento de tela expansivel pode ser formado como um invólucro em torno do elemento tubular biestável 24. Foi descoberto que a imposição de forças de esforço de arqueamento sobre a parede de um poço perfurado irá por si própria ajudar a estabilizar a formação e reduzir ou eliminar o fluxo de entrada de areia a partir das zonas em produção, mesmo que não seja utilizado nenhum elemento de tela adicional.

Os elementos tubulares expansiveis biestáveis descritos acima podem ser fabricados de várias maneiras tais como: mediante o corte de percursos de formato adequado através da parede de um tubo dessa forma criando um dispositivo biestável expansivel em seu estado retraído; cortando padrões num tubo dessa forma criando um dispositivo biestável expansivel em seu estado expandido e em seguida comprimindo o dispositivo fazendo o mesmo assumir o estado retraído; cortando percursos apropriados através de uma folha de material, enrolando o material num formato tubular e unindo as extremidades para formar um dispositivo biestável expansivel em seu estado retraído; ou cortando padrões numa folha de material, enrolando o material numa forma tubular, unindo as extremidades para formar um dispositivo biestável expansivel no seu estado expandido e em seguida comprimindo o dispositivo para o seu estado retraído.

Os materiais utilizados na construção dos elementos tubulares expansíveis biestáveis podem incluir aqueles que são tipicamente utilizados na indústria de petróleo e gás, tal como o aço carbono. Eles podem também ser feitos de ligas especiais (tais como monel, inconel, hastalloy ou ligas baseadas em tungstênio) caso a aplicação assim o requeira.

As configurações ilustradas para o elemento tubular biestável 24 são ilustrativas da operação de uma célula biestável básica. Outras configurações poderão ser adequadas, mas o conceito apresentado é igualmente válido para estas outras geometrias.

Nas Figuras 14 e 15 encontra-se ilustrado um tampão ("packer") 80 formado de células biestáveis. O tampão ("packer") 80 possui um elemento tubular 82 formado de células biestáveis 83, tais como aquelas que foram discutidas anteriormente. Adicionalmente, o tampão ("packer") 80 possui pelo menos um selo de vedação 84 ao longo de pelo menos uma parte da sua extensão. Um selo de vedação exemplar 84 pode incluir uma ou mais camadas posicionadas internamente, externamente, ou em ambas essas localizações, relativamente ao elemento tubular 82. Adicionalmente, a(s) camada(s) pode(m) ser entremesclada (s) com as aberturas formadas nas células. A Figura 14 ilustra uma configuração possuindo um selo de vedação interno e externo 84. A Figura 15 ilustra um tampão ("packer") 80 possuindo somente um selo de vedação interno 84. O selo de vedação 84 pode ser formado de um elastômero ou outro material. Adicionalmente, as propriedades do selo de vedação 84 permitem-lhe pelo menos acompanhar a taxa de expansão do elemento tubular 82. Dobras ou outras características de construção do selo de vedação 84 podem ser utilizadas para facilitarem a expansão.

Além disso, uma resina ou um catalisador 85 podem ser utilizados para permitirem que o selo de vedação 84 endureça após a cura. Numa configuração alternativa uma resina ou outro material passivel de fluir é colocada entre as camadas de selos de vedação 84 (tal como na Figura 14). Quando o tampão ("packer") é colocado no interior do poço e expandido, o material passível de fluir pode ser endurecido ou alterado de outra forma para aperfeiçoar as características de vedação do tampão ("packer") 80. Em algumas aplicações, o endurecimento da resina ou outro material requer o aquecimento do material por uma ferramenta de serviço. O tampão ("packer") pode ser expandido conforme é aqui descrito, e pode compreender uma variedade de células biestáveis. Numa configuração de utilização, o tampão ("packer") 80 é instalado numa ferramenta de inserção que inclui uma ferramenta de expansão. O tampão ("packer") 80 é posicionado na localização desejada e é expandido para formar um selo de vedação contra as paredes do revestimento ou outro elemento tubular. Tipicamente, o tampão ("packer") 80 é ligado a uma tubagem ou outro conduto que se estende para o interior do poço abaixo do tampão ("packer") 80. O tampão ("packer") 80 proporciona um selo de vedação no espaço anular dentro do poço para impedir ou restringir o fluxo de fluido longitudinalmente no poço (o uso típico dos tampões do tipo "packer"). A presente invenção pode igualmente atuar como uma âncora de poço que inclui ou exclui o selo de vedação 84.

Na Figura 16 encontra-se ilustrada uma configuração alternativa na qual o tampão ("packer") forma uma parte de um conduto. Na configuração ilustrada, um conduto de poço 90 (tal como uma tubagem) possui uma parte (marcada como o tampão ("packer") 80) que é cortada para formação das células biestáveis. A parte de tampão ("packer") 80 possui um selo de vedação 84 sobre a mesma conforme foi anteriormente descrito. Na Figura 16, uma porção do material do selo de vedação 84 apresenta-se removida para revelar as células biestáveis 83 no elemento tubular subjacente 82. Na Figura 17, a parte de tampão ("packer") 80 encontra-se ilustrada no seu estado expandido. Deverá ser observado que em aplicações típicas o conduto de poço 90 que não possui células biestáveis formadas no mesmo não se expande. Assim, uma configuração para acoplamento do conduto de poço ao tampão ("packer") 80 consiste na formação do tampão ("packer") 80 como uma parte integral do conduto de poço 90 (observe-se que uma conexão soldada assemelha-se a esta configuração e é um método alternativo de formação da presente invenção). Outros métodos incluem métodos convencionais de conexão não integral.

Em configurações alternativas, o conduto de poço possui uma pluralidade de tampões ("packers") 80 de células biestáveis formados no mesmo. Numa outra configuração alternativa ainda, uma parte ou partes 91 do conduto de poço em adição às porções de tampão ("packer") 80 são formadas de células biestáveis de tal forma que estas partes também são submetidas a expansão (ver Figura 17). As outras partes podem ter ou não ter um material aplicado às mesmas. Por exemplo, a outra parte pode ter uma tela ou material filtrante aplicado à mesma para proporcionar uma tela de areia para poço.

Fazendo referência às Figuras 18A - C, encontra-se ilustrada nas mesmas uma construção alternativa, numa vista esquemática em corte transversal parcial. 0 tampão ("packer") expansivel é mostrado nos estados retraído e expandido, respectivamente, e numa vista em elevação lateral parcial (Figura 18C). 0 tampão ilustrado inclui um elemento tubular de base 82 formado de hastes estruturais finas 21 e hastes estruturais espessas 22 formando células biestáveis 23/83 conforme foi descrito anteriormente. Palhetas 92 encontram-se acopladas à tubagem 82 numa borda e estendem-se geralmente longitudinalmente na configuração ilustrada (ver Figura 18C). Especificamente, cada palheta 92 está acoplada à tubagem 82 nas hastes estruturais espessas 22, e a largura das palhetas é tal que as mesmas se sobrepõem pelo menos à palheta adjacente quando a tubagem 82 se encontra no estado expandido. Muito embora sendo ilustrado como tendo uma palheta acoplada a cada uma das hastes estruturais espessas, o tampão ("packer") pode ter uma palheta acoplada a hastes estruturais espessas 22 alternadas ou em outras configurações. Adicionalmente, as palhetas podem estender-se numa direção diversa da direção longitudinal. As palhetas 92 deslizam umas sobre as outras durante a expansão de tal forma que a parte externa da tubagem 82 fica coberta pelas palhetas sobrepostas 92.

Um selo de vedação 84 pode ser acoplado às palhetas 92 para proporcionar a vedação para o tampão ("packer"). Muito embora sendo ilustrado nas figuras como dobrado, o selo de vedação 84 poderá ter outras características que facilitem a sua capacidade de expansão com as palhetas 92 e o elemento tubular 82. Além disso, o selo de vedação 84 poderá ter outras características anteriormente mencionadas (por exemplo, resina, selo de vedação interno, etc.).

Deverá ser observado que muito embora sendo descrita como um tampão ("packer"), a presente invenção pode ser utilizada para proporcionar isolação ao longo de uma grande extensão em contraste com um tampão ("packer") ou ferramenta de fundo de poço tradicional que geralmente apenas estabelece um selo de vedação numa distância longitudinal relativamente curta. Assim, a presente invenção pode ser utilizada de uma maneira similar a um revestimento para proporcionar isolação numa longa extensão.

Na Figura 19 encontra-se ilustrada uma vista em perspectiva do tampão ("packer") 80 (ou dispositivo de isolação) possuindo uma pluralidade de palhetas acopladas ao mesmo numa disposição de sobreposição conforme foi anteriormente aqui objeto de descrição. A tubagem 82 inclui extensões de extremidade 94 que se estendem longitudinalmente a partir das células localizadas nas posições mais extremas. As palhetas 92 podem ser acopladas às extensões de extremidade 94, a certas porções das hastes estruturais espessas 22 e/ou a determinadas hastes estruturais espessas 22. Numa configuração, por exemplo, as hastes estruturais 92 são acopladas às hastes estruturais espessas que se encontram alinhadas longitudinalmente com as extensões de extremidade 94. Muito embora sendo geralmente ilustradas como encontrando-se acopladas a uma borda das palhetas 92, as palhetas podem igualmente acoplar-se à tubagem 82 numa posição intermediária entre as bordas.

Na Figura 20, uma tubagem expansivel (ou conduto) 90 encontra-se ilustrada posicionada no interior de um poço 100. O conduto 90 inclui uma pluralidade de tampões ("packers") 80 ou dispositivos de vedação expansiveis espaçados. Os tampões ("packers") expansiveis 80 contatam a parede do poço perfurado impedindo o fluxo anular através do mesmo. Dessa forma, qualquer micro-espaço anular formado entre a tubagem expansivel 90 e o poço 100 (que pode incluir um revestimento) é vedado na direção longitudinal para restringir ou impedir uma ocorrência indesejável de fluxo através do mesmo. O conduto 90 pode incluir um ou mais de tais tampões ("packers") 80, conforme for desejado, para controle do fluxo. Adicionalmente, os tampões 80 podem ser espaçados a intervalos regulares ou com outro espaçamento previamente determinado para controle do fluxo no espaço anular conforme for necessário.

Num exemplo, ilustrado esquematicamente na Figura 21, os trechos individuais de tubagem 90 são interligados por um tampão ("packer") 80 para compartimentar cada trecho ou junta de conduto relativamente ao(s) trecho(s) ou junta(s) adjacente(s). 0 tampão ("packer") 80 pode constituir um conector separado conforme se encontra ilustrado na Figura 21 ou pode ser formado como parte do trecho ou junta. Desta forma, o tampão ("packer") 80 pode ser posicionado numa extremidade do trecho ou junta 90, no meio do trecho ou junta 90, ou em qualquer outra localização ao longo da sua extensão. Numa configuração tanto o conduto 90 quanto os tampões ("packers") 80, das Figuras 20 e 21, são formados de células biestáveis.

Fazendo referência na generalidade às Figuras 22A -B, encontra-se revelada nas mesmas uma configuração alternativa da presente invenção. O dispositivo ilustrado nestas figuras pode ser utilizado como um tampão ("packer"), um suspensor ("hanger"), uma emenda de revestimento, ou outro dispositivo que requeira expansão e é aqui geralmente referido com referência a estas figuras como um elemento tubular expansivel 120 para facilitar a descrição. O elemento tubular expansivel 120 compreende uma série de células 122 formadas no mesmo, tal como por corte a laser, corte de jato, corte por jateamento com água ou outros métodos de fabricação. As células 122 são orientadas de tal forma que um número de hastes estruturais longitudinais 24 são formadas no elemento tubular expansivel 120. Assim, conforme se encontra ilustrado nas figuras, as hastes estruturais longitudinais 124 firam dispostas entre extensões longitudinais de células 122 com as células 122 tendo hastes estruturais relativamente mais finas 126 estendendo-se entre hastes estruturais longitudinais 124 adjacentes. Conforme se encontra ilustrado nas figuras, quando as hastes estruturais longitudinais adjacentes 124 são deslocadas longitudinalmente relativamente umas às outras (por exemplo, em direções opostas), as células 122 abrem-se expandindo a estrutura radialmente. Não é necessário que todas as hastes estruturais longitudinais 124 se movam; podem ser deslocadas hastes estruturais longitudinais 124 alternadas enquanto as outras hastes estruturais permanecem estacionárias. 0 movimento relativo das hastes estruturais longitudinais 124 proporciona a expansão das células 122 e do elemento tubular expansivel 120. Este tipo de célula constitui um exemplo de uma célula expansivel que não é biestável.

Um mecanismo de bloqueio 128 pode ser utilizado para manter a posição expandida do elemento tubular expansivel 120. Conforme se encontra ilustrado nas Figuras 22A - B, o elemento tubular expansivel pode compreender um ou mais mecanismos de bloqueio 128 espaçados ao longo da extensão do elemento tubular expansível 120 e espaçados radialmente em torno do elemento tubular expansível 120. Uma configuração do mecanismo de bloqueio encontra-se ilustrada nas Figuras 23A - B. Na configuração ilustrada, o mecanismo de bloqueio 128 compreende um detentor (ou dedo) 130 estendendo-se desde uma haste estrutural longitudinal 124 e cooperando com um conjunto de dentes de catraca 132 providos numa outra haste estrutural longitudinal 124. Os dentes de catraca 132 estendem-se desde uma área de rampa 134 da haste estrutural longitudinal 124 para acomodarem o movimento relativo entre o detentor 130 e a haste estrutural longitudinal 124 que possui os dentes de catraca 132. Os dentes de catraca 132 permitem geralmente um movimento do detentor 130 sobre os mesmos numa primeira direção associada com a expansão do elemento tubular expansível 120, e impedem um movimento do detentor 130 na direção oposta. Quando é alcançada a posição expandida, o detentor 130 atua como uma haste estrutural bloqueada impedindo a retração do elemento tubular expansível 120. Para aumentar a integridade estrutural do elemento tubular expansível 120 e para oferecer resistência às forças tendentes a moverem o elemento tubular expansível 120 de um estado ou posição expandida para uma posição reduzida. O elemento tubular expansível 120 pode incluir uma pluralidade de mecanismos de bloqueio 128.

Muito embora seja apresentado como um mecanismo de catraca, como alternativa o mecanismo de bloqueio poderá ter um número menor de posições distintas, tal como uma, em que o detentor se bloqueia somente na posição plenamente expandida. Numa outra configuração o detentor pode compreender um dedos resiliente com uma tendência para uma posição expandida que se encaixa com efeito de mola numa ranhura numa haste estrutural longitudinal adjacente 124. Similarmente, as hastes estruturais 124 adjacentes podem possuir individualmente detentores resilientes que cooperam para bloquearem o dispositivo na posição expandida somente após o elemento tubular 120 alcançar a posição expandida. Estes são apenas alguns exemplos das muitas alternativas possíveis para o mecanismo de bloqueio 128.

Além disso, diversos outros mecanismos de expansão de elementos tubulares e células expansíveis podem ser utilizados com tais elementos tubulares expansíveis e outros dispositivos. Por exemplo, nas Figuras 24A, 24B, 25A e 25B encontram-se ilustrados detalhes de um tipo de célula expansível. Nesta configuração, tal como em outras configurações, a célula é feita realizar uma transição de um estado comprimido para um estado expandido.

Durante o movimento do estado comprimido para o estado expandido e dependendo das condições do ambiente bem como dos materiais utilizados, espessura do material e outros parâmetros de construção da célula e dispositivos formados da célula, algumas áreas da célula e hastes estruturais podem sofrer deformação plástica. Nas Figuras 24A, 24B, 25A e 25B encontram-se ilustradas configurações alternativas de uma célula em estados comprimidos e expandidos. Nestas configurações, uma das hastes estruturais 21 (ilustrada como a haste estrutural superior mais fina) possui partes de espessura reduzida 140 que funcionam como dobradiças ou articulações flexíveis. As partes de espessura reduzida 140 são preferencialmente dispostas em áreas em que é provável a ocorrência de deformação plástica da haste estrutural quando a haste estrutural se move de um estado comprimido para um estado expandido. Assim, por exemplo, as partes de espessura reduzida 140 podem ser dispostas próximo da interseção das hastes estruturais 21, 22 para proporcionarem uma área menos suscetível à deformação plástica. Muito embora as figuras ilustrem uma pluralidade de porções afinadas 140, a haste estrutural poderá incluir uma única porção afinada 140, por exemplo, numa área de maior deformação plástica. Além disso, as partes de espessura reduzida 140 podem ser dispostas noutras posições ao longo das hastes estruturais 21, 22 para outros propósitos. As áreas de espessura reduzida 140 definem interligações 142 entre as mesmas que compreendem porções que são geralmente mais espessas que as partes de espessura reduzida 140. A disposição de uma pluralidade de partes de espessura reduzida 140 ao longo da extensão de uma haste estrutural 21, 22 produz uma pluralidade de interligações 142.

Um outro fator na determinação do posicionamento das partes de espessura reduzida 140 é o número, a disposição e a construção das interligações. Muito embora ilustradas nas figuras como tendo uma espessura uniforme, as interligações 142 podem igualmente ter uma variação de espessura para ajustarem adicionalmente a expansão, contração e outras características da célula conforme for desejado. Portanto, num aspecto amplo da invenção, pelo menos uma das hastes estruturais 21, 22 possui uma espessura que varia. Além disso, outros fatores podem ser considerados na colocação das partes de espessura reduzida 140 e nas variações de espessura das hastes estruturais 21, 22. Além disso, as partes de espessura reduzida podem ocorrer na interseção das hastes estruturais 21, 22.

Nas Figuras 24A e 24B encontra-se ilustrada uma célula com três interligações 142; e nas Figuras 25A e 25B encontra-se ilustrada uma célula com duas interligações. Muito embora as Figuras 24A-25B revelem somente uma única célula, as células podem ser incorporadas a uma ferramenta, tal como um tubo, possuindo uma pluralidade de células tais como aquelas que se encontram ilustradas nas Figuras 4A e 4B. As figuras ilustram uma única célula para mostrar como maior clareza o conceito básico e a construção da célula. As alças ilustradas nas figuras não fazem parte da estrutura da célula, sendo meramente utilizadas em células de teste para facilitarem a realização de testes nas células.

Fazendo referência na generalidade às Figuras 26A e 26B, uma outra configuração de células expansíveis, designadas como células expansíveis 150, encontra-se ilustrada. Cada célula expansível 150 compreende uma haste estrutural espessa 152 e uma ou mais hastes estruturais finas 154, por exemplo, duas hastes estruturais finas 154. Na configuração ilustrada, cada célula expansível 150 compreende um par de hastes estruturais finas, e cada haste estrutural fina 154 possui um par de extremidades 156 acopladas de forma passível de pivotação a hastes estruturais espessas adjacentes, respectivamente. As extremidades 156 podem compreender pinos que são acolhidos de forma passível de pivotação em correspondentes soquetes 158.

Quando a pluralidade de células expansíveis 150 são movidas do estado contraído ilustrado na Figura 26A para o estado expandido ilustrado na Figura 26B, as hastes estruturais finas 154 deformam-se suficientemente para permitirem a pivotação dos pinos 156 em seus correspondentes soquetes 158. Conforme se encontra preferencialmente ilustrado na Figura 26B, os pares de hastes estruturais finas 154 que formam cada célula 150 possuem extremidades externas 156 acopladas de forma passivel de pivotação a regiões superiores de fixação 160 da haste estrutural espessa inferior 152. As extremidades opostas de cada par de hastes estruturais finas 154 são acopladas de forma passível de pivotação a uma região inferior de acoplamento 162 da hastes estruturais espessa 152 imediatamente adjacente no sentido ascendente. Deverá ser observado que termos referentes a posição tais como superior e inferior são meramente utilizados para facilitarem a explicação da localização de diversas características relativas às figuras fornecidas e não devem ser interpretados como limitações.

Numa outra configuração ilustrada nas Figuras 27A e 27B, uma pluralidade de células expansíveis, assinaladas com o numeral de referência 164, compreendem individualmente uma haste estrutural espessa 166 e uma ou mais hastes estruturais finas 168. Cada haste estrutural espessa 166 tem um formato geralmente curvo e é ligada a uma correspondente haste estrutural fina 168 numa região de ligação fixa 170 disposta numa localização geralmente central ao longo da parte externa ou convexa da haste estrutural espessa curva. As extremidades externas de cada haste estrutural fina 168 são acopladas de forma passível de pivotação à haste estrutural espessa 166 imediatamente adjacente por intermédio de uma conexão de pivô 172 que pode compreender uma esfera e soquete.

Quando a pluralidade de células são movidas do estado contraído ilustrado na Figura 27A para o estado expandido ilustrado na Figura 27B, as hastes estruturais finas 168 defletem-se ou deformam-se quando suas extremidades externas pivotam em cada conexão de pivô 172. Tal como acontece com muitas das outras células aqui descritas, quando as hastes estruturais finas 168 se deslocam ultrapassando seu ponto de maior deflexão, a energia de mola armazenada tende a forçar as células 164 a assumirem seu estado expandido estável ilustrado na Figura 27B. Assim, tal como acontece com as células biestáveis ilustradas nas Figuras 26A e 26B, as células 164 movem-se entre um estado contraído estável e um estado expandido estável.

Uma outra configuração de células expansíveis encontra-se ilustrada nas Figuras 28A e 28B. Nesta configuração, cada célula expansível 174 é formada de uma haste estrutural espessa 176 e uma haste estrutural fina 178. Cada haste estrutural fina 178 possui um par de extremidades 180 que são acopladas de forma passível de pivotação a uma haste estrutural espessa. Por exemplo, uma determinada haste estrutural espessa pode compreender um par de soquetes 182 para acolher de forma passível de pivotação extremidades 180 em forma de pino ou esfera. Adicionalmente, a haste estrutural fina 178 é acoplada de forma fixa a hastes estruturais espessas 176 adjacentes num padrão alternado. Por exemplo, cada célula na configuração ilustrada compreende três acoplamentos fixos 184 que se alternam entre hastes estruturais espessas 176 adjacentes. Com esta construção, as células expansiveis 174 são uma vez mais móveis entre um estado contraido estável conforme se encontra ilustrado na Figura 28A e um estado expandido estável conforme se encontra ilustrado na Figura 28B.

Fazendo referência às Figuras 29A e 29B, encontra-se ilustrada nas mesmas uma outra construção de célula expansível. Nesta configuração, cada uma de uma pluralidade de células expansiveis 186 compreende uma haste estrutural espessa 188 e pelo menos um par de hastes estruturais finas empilhadas 190, 192, respectivamente. As hastes estruturais finas 190, 192 são geralmente dispostas numa orientação empilhada e são ligadas por um elemento de interligação 194. A haste estrutural fina 192 compreende um par de extremidades 196 fixadas a uma correspondente haste estrutural espessa 188. Uma região de ligação intermediária 198 da haste estrutural fina 192 é fixada à haste estrutural espessa 188 imediatamente adjacente, conforme se encontra preferencialmente ilustrado na Figura 29B. A haste estrutural fina 190, por outro lado, possui extremidades não acopladas 200. As extremidades 200 são capturadas num contato de topejamento com uma região entalhada 202 formada na mesma haste estrutural espessa 188 à qual são fixadas as extremidades 196. Quando a pluralidade de células expansiveis 186 são movidas do estado contraido ilustrado na Figura 29A para o estado expandido ilustrado na Figura 29B, cada par de hastes estruturais finas 190 e 192 deforma-se até um ponto de deflexão em que a energia armazenada nas hastes estruturais finas é maximizada. Quando as hastes estruturais finas são movidas ultrapassando este ponto de deflexão, a energia armazenada é liberada para facilitar a expansão das células para seu estado expandido.

Como é evidente, com qualquer um destes tipos de células biestáveis, o grau de expansão pode ser limitado por uma barreira externa. Por exemplo, se as células biestáveis forem utilizadas para formação de um elemento tubular, o elemento tubular pode ser expandido contra uma parede de poço perfurado que impede as células de se moverem para sua condição expandida final. Tipicamente, o tamanho do elemento tubular é selecionado para permitir a expansão das células pelo menos além do ponto de deformação máxima. Assim, dependendo do material que for utilizado, as células podem de fato cooperar para aplicação de uma força radial orientada de dentro para fora contra a parede do poço perfurado.

Fazendo referência na generalidade às Figuras 30A e 30B, encontra-se ilustrada na mesma uma outra construção de células expansiveis. Cada célula expansivel 204 compreende um par de hastes estruturais finas 206 curvas acopladas de forma passivel de pivotação a uma correspondente haste estrutural espessa 208 numa região alongada geralmente centralizada 210 por intermédio de extremidades de pivô 212. Geralmente em localizações opostas às extremidades de pivô 212, as hastes estruturais finas 206 compreendem extremidades de pivô externas 214 que são acopladas de forma passivel de pivotação à haste estrutural espessa 208 imediatamente adjacente. As extremidades de pivô 212 e 214 podem ser formadas numa variedade de configurações, tais como articulações de esfera, articulações de pino, etc. A remoção de cada haste estrutural fina 206 é impedida por ligamentos apropriados 216 e 218 dispostos nas extremidades de pivô 212 e 214, respectivamente. Os ligamentos 216 e 218 são acoplados entre a haste estrutural fina 206 e as correspondentes hastes estruturais espessas 208.

Nas Figuras 31A-31C encontra-se ilustrado um tipo diferente de célula expansível 220. Nesta configuração, uma haste estrutural espessa 222 é acoplada a uma ou mais hastes estruturais finas 224 por um ou mais elementos de mola 226. Na configuração especifica que se encontra ilustrada, dois elementos de mola 226 são formados geralmente na forma de um chifre, com a base de cada chifre ligada à haste estrutural espessa 222 e a ponta de cada chifre ligada à haste estrutural fina 224 adjacente. Nesta configuração, uma haste estrutural fina 224 é ligada a cada elemento de mola 226 por uma dobradiça flexível 228. As duas hastes estruturais finas 224 são acopladas uma à outra através de uma viga central 230 e um par de dobradiças flexíveis 232.

Quando as células 220 são expandidas de um estado contraído, ilustrado na Figura 31A, para um estado expandido, ilustrado na Figura 31C, os elementos de mola 226 defletem-se para o lado de fora e armazenam energia de mola. Com esta construção, as hastes estruturais finas 224 tipicamente não sofrem uma deformação substancial durante o movimento do estado contraído para o estado expandido. Ao invés disso, os elementos de mola 226 são deformados elasticamente quando são forçados para o lado de fora durante o movimento da viga central 230 do estado contraído para o estado expandido. Quando os elementos de mola 226 são defletidos para o lado de fora, os mesmos armazenam energia de mola pelo menos até o ponto de flexâo máxima ilustrado na Figura 31B em que as hastes estruturais finas 224 ficam geralmente paralelas à haste estrutural espessa 222. Quando a viga central 230 se desloca ultrapassando este ponto de quantidade máxima de energia de mola armazenada, os elementos de mola 226 tendem a liberar a energia armazenada e a moverem-se para o lado de dentro, dessa forma forçando as hastes estruturais finas 224 e a viga central 230 para a posição expandida ilustrada preferencialmente na Figura 31C. A deformação das dobradiças 228 e 232 facilita a pivotação das hastes estruturais finas 224 do estado contraído para o estado expandido.

Nas Figuras 32A e 32B encontra-se ilustrada uma construção de célula de duplo chifre. Nesta construção, uma pluralidade de hastes estruturais espessas 236 são acopladas entre si através de hastes estruturais finas 238 e elementos de mola tipo chifre 240. Especificamente, cada haste estrutural fina 238 é acoplada a dois elementos de mola tipo chifre 240 para permitir a armazenagem de uma maior quantidade de energia. Esta maior armazenagem de energia proporciona uma adição de energia positiva para abertura das células 234 para suas posições expandidas conforme se encontra ilustrado na Figura 32B.

No exemplo ilustrado, cada célula de duplo chifre 234 possui dois elementos de mola tipo chifre externos 240, acoplados a uma haste estrutural espessa 236, e dois elementos de mola tipo chifre internos 240, acoplados à haste estrutural espessa 236 imediatamente adjacente. Uma haste estrutural fina 238 é acoplada a cada par em cooperação de elementos de mola tipo chifre internos e externos através de regiões de dobradiça 242 apropriadas. Assim, quando as células de duplo chifre 234 são movidas do estado contraído ilustrado na Figura 32A para o estado expandido ilustrado na Figura 32B, os pares era cooperação de elementos de mola tipo chifre internos e externos 240 são defletidos para o lado de fora até um ponto em que as hastes estruturais finas 238 se encontram geralmente alinhadas. Subseqüentemente a este ponto de expansão, os elementos de mola tipo chifre 240 começam a liberar a energia de mola armazenada e forçam as hastes estruturais finas 238 na direção do estado plenamente expandido.

Outras formas de elementos de mola podem igualmente ser utilizadas para facilitarem a expansão de uma variedade de tipos de células. Por exemplo, na Figura 33 encontra-se ilustrada uma célula expansivel 244 na qual hastes estruturais espessas 246 adjacentes são acopladas a uma haste estrutural fina 248 por um tipo diferente de elementos de mola 250. Os elementos de mola 250 podem ser espiralados, ondulados ou dispostos ao longo de outros percursos que permitam a transição da haste estrutural fina 248 do estado contraído ilustrado na Figura 33 para um estado expandido.

Um outro tipo de sistema de mola encontra-se ilustrado na Figura 34 como uma célula expansivel 252. Um par de hastes estruturais espessas 254 são acopladas por um par de hastes estruturais finas 256 onduladas. A construção das hastes estruturais finas 256 incorpora uma pluralidade de elementos de mola 258 que simultaneamente permitem a deflexão das hastes estruturais finas 256 e a expansão da célula 252 ao armazenarem e posteriormente liberarem energia de mola. A energia de mola é liberada quando as hastes estruturais finas realizam a transição ultrapassando um ponto de flexão máxima na direção do estado plenamente expandido.

Para prender o dispositivo em geral, por exemplo o elemento tubular, na posição expandida, um mecanismo de bloqueio pode ser utilizado para impedir a contração das células individuais. Mecanismos de bloqueio exemplares podem ser associados com células individuais, ou podem ser localizados em uma ou mais posições ao longo do dispositivo expansivel. Nas Figuras 35A-35D, encontra-se ilustrado um tipo de mecanismo de bloqueio 258. Nesta configuração, um poste 260 é acolhido de forma passivel de deslizamento num correspondente rebaixo 262. Um dedo de catraca 264 estende-se geralmente transversalmente na direção do poste 260. Especificamente, o dedo de catraca 264 compreende uma extremidade de encaixe 266 que reside numa área rebaixada 268 do poste 260 quando o dispositivo em geral e o mecanismo de bloqueio 258 se encontram num estado contraído, conforme se encontra ilustrado na Figura 35A.

Quando o dispositivo, por exemplo o elemento tubular, é expandido, o dedo de catraca 264 é defletido em afastamento de uma superfície de suporte adjacente 270, conforme se encontra preferencialmente ilustrado na Figura 35D. 0 dedo de catraca 264 continua a deslizar ao longo da lateral do poste 260 enquanto o dispositivo é expandido para um grau máximo ilustrado na Figura 35C. Quando a força de expansão é aliviada, qualquer movimento substancial do poste 260 na direção da posição contraída é bloqueado pelo dedo de catraca 264, conforme se encontra ilustrado na Figura 35D. Quando o poste 260 tenta mover-se na direção do seu estado contraído, a extremidade de encaixe 260 é pressionada firmemente para um encaixe de interferência com a lateral do poste 260. Adicionalmente, a superfície de suporte 270 limita o movimento do dedo de catraca 264 na direção de contração. A parede lateral do poste 260 pode compreender dentes ou outras características de interferência para ajudarem a impedir o movimento do poste 260 em retorno na direção do estado contraído.

Um outro mecanismo de bloqueio exemplar 272 encontra-se ilustrado nas Figuras 36A-36D. Nesta configuração, uma catraca de forquilha 274 é formada no dispositivo expansível, tal como na parede de um elemento tubular expansível. A catraca de forquilha 274 compreende um par de garras 276 que possuem individualmente uma extremidade divergente 278. No estado contraído, as garras 276 são acolhidas numa abertura 280 possuindo um formato de perfil geralmente semelhante ao de uma ampulheta. Em outras palavras, as extremidades divergentes 278 residem numa parte divergente ou expandida 282 da abertura 280 e precisam ser puxadas através de uma parte estreita ou constrita 284 quando o dispositivo é expandido.

Durante a expansão do elemento tubular ou outro dispositivo, as partes divergentes 282 são puxadas através da região constrita 284 (ver Figuras 36B e 36C). Quando as garras 276 são puxadas e saem da abertura 280, as partes divergentes 282 retornam normalmente para a sua posição normal com um movimento de mola para o lado de fora. Nesta posição, as partes divergentes 282 são mais largas que a entrada da abertura 280, e a catraca de forquilha 274 é impedida de reingressar na abertura 280. Assim, o dispositivo em geral é mantido no seu estado expandido.

Um outro mecanismo de bloqueio exemplar 284 encontra-se ilustrado na Figura 37. O mecanismo de bloqueio 284 é projetado para utilização com células no estilo de chifres. No exemplo especifico ilustrado, uma fenda 286 é formada entre um par de chifres de elemento de mola 288 dentro de uma haste estrutural espessa 290 de uma célula expansivel 292. Uma cunha 294 estende-se desde uma haste estrutural espessa 296 adjacente para o interior da fenda 286. Quando a célula 292 é expandida, a cunha 294 é puxada para o lado de fora através da fenda 286. O tamanho da ponta 298 da cunha e o tamanho da abertura da fenda 300 são selecionados para interferirem quando a célula 292 se encontra no seu estado expandido. Isto impede a flexão dos chifres 288 na direção da fenda 286 e dessa forma impede a retração da célula expandida.

Fazendo geralmente referência às Figuras 38A-41B, encontra-se ilustrada nas mesmas uma variedade de combinações de células expansíveis e mecanismos de bloqueio. Fazendo especificamente referência às Figuras 38A e 38B, uma configuração de uma célula expansível 302 compreende hastes estruturais espessas 304 que são acopladas entre si por hastes estruturais finas 306 através de elementos de mola 308. Cada haste estrutural espessa 304 compreende um ou mais, por exemplo dois, dedos de catraca 310 que deslizam ao longo de uma correspondente superfície de catraca 312 formada em regiões expandidas das hastes estruturais finas 306 (vide a Figura 38B). A superfície de catraca 312 pode incorporar dentes de catraca para encaixarem a extremidade do correspondente dedo de catraca 310. Quando a célula expansível 302 é feita realizar uma transição do seu estado contraído, conforme se encontra ilustrado na Figura 38A, para um estado expandido, conforme se encontra ilustrado na Figura 38B, os dedos de catraca 310 são defletidos em afastamento de uma superfície de suporte 314 enquanto deslizam ao longo de correspondentes superfícies de catraca 312. As extremidades dos dedos de catraca 310 não permitem um movimento deslizante das correspondentes superfícies de catraca 312 de volta para o estado contraído. Adicionalmente, as superfícies de suporte 314 garantem a limitação de qualquer deflexâo dos dedos 310 em retorno na direção da posição contraída. Assim, quando a célula expansível se encontra no seu estado expandido, cada um dos dedos de catraca 310 atua contra uma correspondente superfície de catraca 312 para suportar a célula impedindo que a mesma se retraia.

Uma outra configuração do sistema encontra-se ilustrada na Figura 39 e utiliza dedos na forma de lingüetas de catraca 316. Nesta configuração, cada lingüeta de catraca é formada numa haste estrutural espessa 304 apropriada mediante a criação de uma área aberta 318 configurada para acolher uma porção correspondente 320 da haste estrutural fina 306 quando na posição contraida. Cada lingüeta de catraca 316 pode compreender uma pluralidade de dentes 322 posicionados para encaixe com correspondentes dentes 324 estendendo-se a partir da porção 320. Adicionalmente, um recorte de alivio 326 pode ser formado ao longo da lingüeta de catraca 316 geralmente numa disposição em oposição relativamente à área aberta 318. O recorte de alivio 326 permite que a lingüeta de catraca 316 se flexione quando os dentes 322 são arrastados passando pelos dentes 324 durante a transição da célula de um estado contraído para um estado expandido. Os dentes 322 e 324 são projetados para impedirem o fechamento da célula quando a expansão tem início. Assim, a lingüeta de catraca 316 efetivamente realiza um curso de catraca ao longo da porção 320 segurando a célula em cada grau adicional de expansão. Como uma alternativa para os dentes, a lingüeta de catraca 316 e a porção de cooperação 320 podem utilizar outros tipos de características de interferência para impedirem a contração da célula.

Os mecanismos de bloqueio podem igualmente ser utilizados em cooperação com células expansiveis que não são necessariamente células biestáveis. Por exemplo, na Figura 40A uma célula expansível 330 compreende uma haste estrutural fina 332 disposta numa configuração de tipo fúrcula ("wishbone") expansível entre as hastes estruturais espessas 334 às quais se encontra acoplada. Um mecanismo de bloqueio 336 coopera com uma ou mais das hastes estruturais finas expansiveis 332 para manter as células expansiveis 330 numa posição expandida. Conforme se encontra ilustrado na Figura 40B, um mecanismo de bloqueio 336 pode ser combinado com cada célula expansível 330, ou poderão existir múltiplas células expansiveis para cada mecanismo de bloqueio 336.

Nesta configuração, o mecanismo de bloqueio 336 compreende um poste 338 possuindo dentes externos 340. O poste 338 é acolhido de forma passível de deslizamento no interior de uma abertura 342 definida por um ou mais dedos flexíveis 344 possuindo pontas de encaixe 346 que encaixam dentes 340. Os dedos 344 defletem-se para o lado de fora para permitirem que os dentes 340 deslizem passando pelas pontas de encaixe 346 enquanto a célula é expandida, porém as pontas de encaixe 346 impedem o poste 338 de se mover numa direção tendente ao estado contraído. Assim, quando a célula expansível 330 se encontrar expandida, o mecanismo de bloqueio 336 impede a contração da célula.

Uma construção similar encontra-se ilustrada nas Figuras 4IA e 41B. Esta construção combina a célula expansível descrita com referência à Figura 40A e um mecanismo de bloqueio do tipo descrito nas Figuras 36A-36D. Assim, quando a pluralidade de células expansiveis 330 são movidas do estado contraído ilustrado na Figura 41A para o estado expandido ilustrado na Figura 41B, a haste estrutural fina em estilo de fúrcula é expandida. Simultaneamente, as garras 276 são puxadas de sua correspondente abertura 280 para uma posição que impede a reentrada da forquilha 274 para o interior da abertura 280. O mecanismo de bloqueio pode ser construído de tal forma que as garras 276 sejam retiradas da abertura 280 e bloqueadas sendo impedidas de reentrarem na abertura 280. Alternativamente, as garras 276 podem ser construídas para interferirem com correspondentes dentes ou outras características de interferência 350 dispostos ao longo do limite externo de cada abertura 280 para que seja impedido um movimento de retorno das garras 27 6 para o interior da abertura 280.

Deverá igualmente ser observado que dispositivos expansiveis, tais como elementos tubulares expansiveis, podem ser formados com uma variedade de células e mecanismos de bloqueio possuindo diferentes configurações, tais como alterações em dimensões ou tipos, conforme se encontra ilustrado esquematicamente na Figura 42. Por exemplo, mediante o empilhamento de células de diferentes extensões ou excentricamente desviadas numa chapa ou tubo, é possível projetar uma tendência de abertura na estrutura. 0 dispositivo expansivel pode ser projetado para permitir que determinadas fileiras de células se abram anteriormente a outras fileiras de células ou para que as células se abram de acordo com um padrão previamente determinado ou numa taxa previamente determinada. Na Figura 42, por exemplo, um dispositivo expansivel 352 compreende fileiras de células expansiveis 354. Entretanto, diferentes fileiras 354 possuem células de diferentes extensões, por exemplo, células 356, 358 e 360. Isto permite que determinadas fileiras de células se abram anteriormente a fileiras adjacentes de células, porque, pelo menos com certas construções de células, o comprimento da célula afeta a força que é requerida para expandir a célula. A incorporação de diferentes fileiras de células num dispositivo expansivel permite que o usuário saiba qual será a taxa de expansão para uma determinada força de instalação e facilita a construção de dispositivos possuindo células que se abrem de acordo com uma seqüência previamente determinada. Adicionalmente, o uso de diferentes tipos de células pode aperfeiçoar o desempenho correto do dispositivo expansivel quando a força de instalação não é uniforme ao longo da extensão do dispositivo.

Deverá ser entendido que a descrição precedente se refere a configurações exemplares desta invenção, e que a invenção não está limitada às formas especificas que foram apresentadas. Por exemplo, as células expansiveis podem ser combinadas numa variedade de elementos tubulares e outras estruturas expansiveis; as dimensões e formatos das células expansiveis e mecanismos de bloqueio podem ser ajustados; os tipos de materiais utilizados podem ser alterados dependendo da aplicação especifica; e uma variedade de mecanismos podem ser utilizados para expansão das células. Além disso, as diversas células podem ser formadas por uma variedade de técnicas incluindo corte a laser, corte a jato, corte por jateamento com água e outras técnicas de formação. Estas e outras modificações podem ser feitas na construção e disposição dos elementos sem afastamento do escopo da invenção conforme se encontra expressado nas reivindicações em anexo. - REIVINDICAÇÕES -

Claims

1. DISPOSITIVO EXPANSIVEL PARA USO EM UM AMBIENTE DE FURO DE POÇO, caracterizado pelo fato de compreender: uma pluralidade de células expansíveis(330, 354); e um mecanismo de bloqueio(336) para manter a pluralidade de células num estado expandido.

2. Dispositivo expansível, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o mecanismo de bloqueio compreender um mecanismo de catraca.

3. Dispositivo expansível, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de o mecanismo de í | catraca compreender uma catraca de dedos(264, 310).

4. Dispositivo expansível, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de o mecanismo de catraca compreender uma catraca de forquilha(274).

5. Dispositivo expansível, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de o mecanismo de catraca compreender uma cunha(294).

6. Dispositivo expansível, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de o mecanismo de I ! catraca compreender uma lingüeta de catraca(316) e correspondentes dentes(322, 324).

7. Dispositivo expansível, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a pluralidade de células(330, 354) compreenderem células biestáveis.

8. Dispositivo expansível, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de cada célula da pluralidade de células compreender uma haste estrutural espessa(254, 290, 304) e uma haste estrutural fina(256, 3 06) j.

9. Dispositivo expansível, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a pluralidade de células expansíveis serem configuradas num elemento tubular(120).

10. Dispositivo expansível, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de cada célula da pluralidade de células compreender uma célula em forma de fúrcuia(332).

11. Dispositivo expansível, de acordo com a . L . reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a pluralidade de células expansíveis(330, 354) compreenderem células expahsíveis de diferentes tamanhos(356, 358, 360).

12. Dispositivo expansível, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o mecanismo de bloqueio compreender uma pluralidade de mecanismos de bloqheio em que um mecanismo de bloqueio individual(336) se encontra associado a cada célula expansível(330, 354).

13. MÉTODO DE EXPANSÃO DE UMA TUBULAÇÃO, caracterizado pelo fato de compreender: formação de uma pluralidade de células expahsíveis(330, 354) numa parede do dispositivo; expansão da pluralidade de células expansíveis(330, 354) ; e bloqueio da pluralidade de células expansíveis(330, 3 54) numa posição expandida com um mecanismo de bloqueio(336) formado na parede. I

14. Método, de acordo com a reivindicação 13, ! I caracjterizado pelo fato de o bloqueio compreender a í manuténção da pluralidade de células numa posição expandida I com uma pluralidade de dedos de catraca(310).

15. Método, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de o bloqueio compreender a manutenção da pluralidade de células numa posição expandida i com uma pluralidade de postes de bloqueio(260, 338).

16. Método, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de o bloqueio compreender a manutenção da pluralidade de células numa posição expandida com uma pluralidade de catracas de forquilha(274).

17. Método, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de a formação compreender a formação da pluralidade de células expansíveis(330, 354) num elemento tubular(120).

18. Método, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de a formação compreender a formação de uma pluralidade de células expansíveis(330, 354) biestãveis.

19. MÉTODO DE EXPANSÃO DE UMA TUBULAÇÃO, caracterizado pelo fato de compreender: provisão de um elemento tubular(120) com uma pluralidade de células dispostas ao longo de hastes estrutiarais longitudinais (124) ; e deslocamento de pelo menos duas hastes estruturais longitudinais longitudinalmente relativamente uma à. outra I para expansão do elemento tubular. í 1

20. Método, de acordo com a reivindicação 19, 1 caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente o bloqueio do elemento tubular num estado expandido.

21. Método, de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de o bloqueio compreender o encaixe de umã parte de dedo de uma haste estrutural longitudinal com uirí ou mais dentes de catraca(132) dispostos sobre outra haste estrutural longitudinal.

22. Método, de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de o bloqueio compreender o encaixe de uma parte resiliente de dedo de uma haste longitudinal com ; uma fenda(286) disposta em outra haste longitudinal(124).

23. Método, de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente a formação de cada uma da pluralidade de células com uma haste estrutural fina(21, 154) estendendo-se entre hastes estruturais longitudinais adjacentes(124).

24. Método, de acordo com a reivindicação 23, ! caracterizado pelo fato de uma célula da pluralidade de ϊ célula(b ser definida pelo espaço encoberto por hastes finas í í adjacentes(21, 154) se estendendo entre hastes longitudinais adjacentes(124).

25. Método, de acordo com a reivindicação 19, caractjerizado pelo fato de a pluralidade de células compréender células de diferentes tamanhos(356, 358, 360).

26. DISPOSITIVO TUBULAR PARA USO EM UM FURO DE POÇO, caracterizado pelo fato de compreender: um elemento tubular(120) possuindo uma pluralidade de haètes estruturais longitudinais(124) e uma pluralidade j de hastes estruturais finas(21, 154) ligando as hastes | estruturais longitudinais, em que um movimento longitudinal relativo entre as hastes estruturais longitudinais causa j uma expansão radial do elemento tubular.

27. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 26, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente um mecanismo de bloqueio para manter o elemento tubular num estado expandido.

28. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 27, caracterizado pelo fato de o mecanismo de bloqueio compreender um mecanismo de catraca.

29. Dispositivo , de acordo com a reivindicação 28, caraòterizado pelo fato de cada mecanismo de catraca compreender um elemento de dedo(130) e uma pluralidade de ! dentes de catraca(132) dispostos sobre hastes estruturais longitudinais adjacentes(124).

30. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 26, caractjerizado pelo fato de o mecanismo de bloqueio comprejender um dedo resiliente tensionado em direção a uma posiçãb estendida que encerra em uma fenda(286, 300) em uma haste longitudinal adjacente(124).

31. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 26, caracterizado pelo fato de o elemento tubular possuir uma pluralidade de células de modo que uma célula é definida pelo espaço encoberto por hastes finas adjacentes(21, 154) se estendendo entre hastes longitudinais adjacentes(124).

32. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 31, caracterizado pelo fato de a pluralidade de células ser compreender células de diferentes tamanhos(356, 358, 360).