BRPI0721446B1

BRPI0721446B1 - Ferramenta de poço, e, método para fixar a ferramenta de poço.

Info

Publication number: BRPI0721446B1
Application number: BRPI0721446-4A
Authority: BR
Inventors: S. Marshall Gregory; W. Teale David; W. Boulding Brett
Original assignee: Welldynamics, Inc.
Priority date: 2007-03-12
Filing date: 2007-03-12
Publication date: 2018-02-06
Also published as: AU2007349006A1; CA2680346C; WO2008111975A2; BRPI0721446A2; EP2132405B1; NO20190445A1; AU2007349006B2; NO20093076L; MX2009009752A; WO2008111975A3; EP2132405A4; NO343936B1; US7926581B2; US20080223588A1; EP2132405A2; CA2680346A1

Description

(54) Título: FERRAMENTA DE POÇO, E, MÉTODO PARA FIXAR A FERRAMENTA DE POÇO. (51) Int.CI.: E21B 33/10 (73) Titular(es): WELLDYNAMICS, INC.

(72) Inventor(es): GREGORY S. MARSHALL; DAVID W. TEALE; BRETT W. BOULDING “FERRAMENTA DE POÇO, E, MÉTODO PARA FIXAR A FERRAMENTA DE POÇO”

CAMPO TÉCNICO

A presente invenção refere-se genericamente a equipamento 5 utilizado e operações realizadas em conjunto com um poço subterrâneo e, em uma forma de realização descrita aqui, mais particularmente provê uma ferramenta de poço tendo uma unidade de elemento de vedação de aumentado desempenho.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

Muitas ferramentas de poço utilizam unidades de elemento de vedação para selar um espaço anular. Exemplos de tais ferramentas de poço incluem obturadores, ganchos de tubulação e camisa etc.

As unidades de elemento de vedação típicas incluem múltiplos elementos de vedação, anéis de apoio e outros elementos, tais como separadores de elemento de vedação. CAda uma destas estruturas tem uma função útil para realizar a unidade total, porém a experiência mostra que o fluido de poço pode ser aprisionado entre as estruturas quando a unidade de elemento de vedação é expandida radialmente para fora para selar o espaço anular.

Foram feitas tentativas no passado para aliviar este problema de fluido aprisionado em unidades de elemento de vedação. Uma solução proposta é aumentar a força de fixação usada para expandir a unidade. Entretanto, força de fixação aumentada requer maiores pistões de fixação, aplicação de aumentada pressão e/ou componentes tendo aumentada resistência etc. Cada um destes presentes possui um conjunto de problemas a superar.

Outra solução proposta é aumentar o período de tempo durante o qual a unidade de elemento de vedação é expandida. Desta maneira, mais tempo é permitido para o fluido escapar da unidade de elemento de vedação.

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Entretanto, o aumento do tempo de fixação requer que pressão seja aplicada por um mais longo período e/ou aumento do custo da operação de fixação etc.

Ainda outra solução proposta é prover rotas de escape de fluido na forma de furos ou fendas nos anéis de apoio. Entretanto, isto resulta em indesejáveis concentrações de tensão nos anéis de apoio e/ou permite extrusão em excesso dos elementos de vedação através dos furos ou fendas, etc.

Portanto, pode ser visto que são necessárias melhorias na arte de construção de unidade de elemento de vedação.

SUMÁRIO

Na realização dos princípios da presente invenção, uma unidade de elemento de vedação é provida que resolve pelo menos um problema da arte. Um exemplo é descrito abaixo em que um elemento de vedação da unidade é provido com um formato que solicita um anel de apoio para expandir-se não-uniformemente, desse modo permitindo que fluido escape da unidade. Outro exemplo é descrito abaixo em que um elemento de vedação da unidade tem uma seção transversal e/ou propriedades de material que variam cerca de uma circunferência do elemento de vedação.

Em um aspecto, uma ferramenta de poço é provida que inclui uma unidade de elemento de vedação para selantamente engatar uma superfície. A unidade inclui um elemento de vedação tendo pelo menos uma variação circunferencial.

Em outro aspecto, uma ferramenta de poço é provida que inclui uma unidade de elemento de vedação com um elemento de vedação e um anel de apoio. O elemento de vedação é configurado para solicitar o anel de apoio para contato com uma superfície oposta a uma parte circunferencial do anel de apoio, enquanto outra parte circunferencial do anel de apoio não contata a superfície.

Em ainda outro aspecto, é provido um método de fixação de

Petição 870170067076, de 11/09/2017, pág. 9/31 uma ferramenta de poço, incluindo uma unidade de elemento de vedação. O método inclui as etapas de: prover a unidade de elemento de vedação com um elemento de vedação tendo pelo menos uma variação circunferencial; e fixar a ferramenta de poço. Na etapa de fixação, o elemento de vedação aplica uma força de solicitação para deslocar uma parte da unidade de elemento de vedação para contato com uma superfície e a força de solicitação é diferente na variação, em comparação com nas partes do elemento de vedação circunferencialmente afastado da variação.

Em um outro aspecto, um método para fixar uma ferramenta de poço incluindo uma unidade de elemento de vedação inclui as etapas de: prover a unidade de elemento de vedação com múltiplos elementos de vedação; e fixar a ferramenta de poço, a etapa de fixação incluindo comprimir fluido de entre os elementos de vedação via pelo menos um vão e então fechar o vão.

Estes e outros aspectos, vantagens, benefícios e objetivos da presente invenção tornar-se-ão evidentes de uma pessoa hábil na arte na cuidadosa consideração da descrição detalhada de formas de realização representativas da invenção abaixo e dos desenhos anexos, em que elementos similares são indicados nas várias figuras empregando-se os mesmos números de referência.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A Fig. 1 é uma vista esquemática de um sistema de poço incorporando princípios da presente invenção;

A Fig. 2 é uma vista em seção transversal esquemática em escala ampliada de uma unidade de elemento de vedação da arte anterior;

As Figs. 3A & B são vistas isométricas esquemáticas de um elemento de vedação incorporando princípios da presente invenção;

As Figs. 4A-C são vistas em seção transversal esquemáticas de uma unidade de elemento de vedação incorporando princípios da presente

Petição 870170067076, de 11/09/2017, pág. 10/31 invenção e o elemento de vedação das Figs. 3A & B, a unidade sendo não fixada na Fig. 4A, parcialmente fixada na Fig. 4B e mais totalmente fixada na Fig. 4BC;

A Fig. 5 é uma vista extrema em escala ampliada da unidade de elemento de vedação fixado da Fig. 4B;

A Fig. 6 é uma vista isométrica da unidade de elemento de vedação fixado da Fig. 4B; e

As Figs. 7 & 8 são vistas extremas de configurações alternativas do elemento de vedação das Figs. 3A & B.

DESCRIÇÃO DETALHADA

Entende-se que as várias formas de realização da presente invenção descrita aqui podem ser utilizadas em várias orientações, tais como inclinada, invertida, horizontal, vertical etc. e em várias configurações, sem desvio dos princípios da presente invenção. As formas de realização são descritas meramente como exemplos de aplicações úteis dos princípios da invenção, que não é limitada a quaisquer detalhes específicos destas formas de realização. A seguinte descrição das formas de realização representativas da invenção, termos direcionais, tais como “acima”, “em cima” “abaixo”, “embaixo”, “superior”, “inferior” etc. são usados meramente por conveniência com referência aos desenhos acompanhantes.

É ilustrativamente ilustrado na Fig. 1 um sistema de poço 10, que incorpora princípios da presente invenção. No sistema 10, uma ferramenta de poço 12 é usada para selar um espaço anular 14 entre uma coluna tubular interna 16 e uma coluna tubular externa 18. Mais especificamente, a ferramenta de poço 12 provê uma barreira de pressão entre uma superfície interna 20 da coluna tubular 18 e uma superfície externa 22 da coluna tubular 16.

Como representado na Fig. 1, a coluna tubular interna 16 poderia ser uma coluna de tubulação de produção, coluna de tubulação em

Petição 870170067076, de 11/09/2017, pág. 11/31 espiral, coluna de revestimento ou outro tipo de coluna tubular. A coluna tubular externa 18 poderia ser uma coluna de camisa, coluna de revestimento, coluna de tubulação ou outro tipo de coluna tubular.

Observe-se que não é necessário manter-se fiel aos princípios da invenção para a ferramenta de poço 12 ser usada para selagem entre as colunas tubulares 16, 18. Por exemplo, a coluna tubular externa 18 poderia em vez disso ser uma boca de poço ou outra estrutura, em cujo caso a superfície 20 seria uma superfície interna da estrutura. Similarmente, a coluna tubular interna 16 poderia também ser outro tipo de estrutura, se desejado, em cujo caso a superfície 22 seria uma superfície externa da estrutura.

A ferramenta de poço 12 poderia ser um obturador, gancho de camisa, gancho de tubulação ou outro tipo de ferramenta de poço. Como ilustrado na Fig. 1, a ferramenta de poço 12 inclui uma unidade de elemento de vedação 24 que sela o espaço anular 14 entre as superfícies 20, 22.

Preferivelmente, a unidade 24 inclui aspectos descritos mais totalmente abaixo, que aumentam a capacidade de a unidade selar o espaço anular 14.

No sistema 10, a ferramenta de poço 12 é transportada com a coluna tubular interna 16 para dentro da coluna tubular externa 18 e em seguida, quando apropriadamente posicionada, a ferramenta de poço é “fixada” para desse modo fazer com que a unidade 24 sele o espaço anular 14. A ferramenta de poço 12 poderia também incluir dispositivos de ancoragem, tais como corrediças etc., que funcionam para prender a ferramenta de poço em posição em relação à coluna tubular externa 18.

Como aqui usado, o termo “fixação” e termos similares (tais como “fixar”) indica a operação que causa a selagem de um espaço (tal como o espaço 14) entre as superfícies (tais como as superfícies 20, 22). A operação de fixação pode ser realizada de várias maneiras, por exemplo, aplicando-se pressão ao interior da coluna tubular interna 16, aplicar força à coluna tubular, manipular a coluna tubular etc. Qualquer método de fixar a ferramenta de

Petição 870170067076, de 11/09/2017, pág. 12/31 poço 12 pode ser usado manter-se fiel aos princípios da invenção.

Tipicamente, a operação de fixação resultará na unidade de elemento de vedação 24 ser expandida radialmente para fora para contato selante com a superfície 20. Esta expansão para fora poderia ser causada por compressão longitudinal da unidade 24, porém qualquer outro método de expandir a unidade pode ser usado para manter-se fiel aos princípios da invenção. Por exemplo, a unidade 24 poderia ser expandida por inflação, dilatação etc.

Observe-se que a ferramenta de poço 12 poderia ser 10 transportada na coluna tubular externa 18, em vez de na coluna tubular interna

16, em cujo caso a operação de fixação poderia resultar na unidade 24 ser expandida radialmente para dentro para selar o espaço anular 14. Assim, deve ser claramente entendido que os princípios da invenção não são limitados de modo algum pelos detalhes do sistema de poço 10 representado na Fig. 1 e descrito aqui.

Com referência adicionalmente agora à Fig. 2, uma unidade de elemento de vedação da arte anterior 28 é esquematicamente ilustrada, de modo que certas vantagens providas pela presente invenção podem ser mais totalmente apreciadas. No passado, este tipo de unidade de elemento de vedação 28 teria sido usado para selar o espaço anular 14 entre as superfícies 20, 22.

A unidade 28 inclui um elemento de vedação central 30, aberto pelos elementos de vedação externos 32, 34. Os separadores 36, 38 ajudam a manter os formatos dos elementos de vedação 30, 32, 34, quando eles são longitudinalmente comprimidos entre os ressaltos 40, 42. Um ou ambos dos ressaltos 40, 42 podem ser deslocados para dentro em direção à unidade 28, para longitudinalmente comprimir a unidade.

Quando a unidade 28 é longitudinalmente comprimida, os elementos de vedação 30, 32, 34 expandem-se radialmente para fora. Um

Petição 870170067076, de 11/09/2017, pág. 13/31 resultado desta expansão para fora é que os elementos de vedação externos 32, 34 solicitam os anéis de apoio 44, 46 para deformarem-se radialmente para fora e eventualmente contatar a superfície 20, desse modo restringindo a extrusão dos elementos 30, 32, 34 além dos anéis de apoio.

Observou-se que, uma vez os vazios existam entre os elementos 30, 32, 34, os separadores 36, 38 dos anéis de apoio 44, 46 e quaisquer outras estruturas da unidade 28, é muito possível que o fluido seja aprisionado na unidade 28, visto que ela se expande radialmente para fora para contato de selagem com a superfície 20. Em particular, os elementos externos 32, 34, com suporte dos anéis de apoio 44, 46, operam para selar o espaço anular 14 nas extremidades opostas da unidade 18, antes de a operação de fixação ser concluída, devido em parte ao fato de os elementos externos e anéis de apoio terem seção transversal circunferencialmente contínua e uniforme.

Como mencionado acima, os anéis de apoio 44, 46 foram providos com furos e fendas (não mostrados na Fig. 2) no passado, para permitir que o fluido escape da unidade 28 durante a operação de fixação. Os furos e/ou fendas podem também ter sido providas nos ressaltos 40, 42. Infelizmente, estes furos e fendas permitem indesejável extrusão dos elementos 30, 32, 34, provocam indesejável concentração de tensão nos anéis de apoio 44, 46 etc.

Furos radial ou longitudinalmente orientados foram também formados nos elementos de selagem para ventilar fluido do interior (diâmetro interno) para o exterior (diâmetro externo) de uma unidade de elemento de vedação.

Com referência adicionalmente agora às Figs. 3A & B, é representativamente ilustrado um elemento de vedação aperfeiçoado 50, que incorpora os princípios da presente invenção. O elemento de vedação 50 pode ser usado na unidade de elemento de vedação 24 da ferramenta de poço 12 do

Petição 870170067076, de 11/09/2017, pág. 14/31 sistema 10, porém deve também ser entendido que o elemento de vedação pode ser usado em outras unidades, ferramentas de poço e sistemas mantendose fiel aos princípios da invenção.

Diferente dos elementos de fixação 30, 32, 34 da unidade 28 descrita abaixo, o elemento de vedação 50 não têm uma seção transversal circunferencialmente uniforme. Em vez disso, o elemento de vedação 50 tem variações de superfície 52 em uma superfície externa 54, que é de outro modo circunferencialmente uniforme.

Como usados aqui, os termos “circunferencial”, “circunferencialmente” e termos similares são usados para indicar uma direção ao longo de uma circunferência. Por exemplo, movimento em uma direção circunferencial seguiria um trajeto uniforme (ao longo de uma circunferência particular).

Como representado nas Figs. 3A & B, as variações de superfície 52 são na forma de áreas planas na superfície externa 54 de outro modo cilíndrica. Outros formatos das variações de superfície 52 poderiam ser usados mantendo-se os princípios da invenção. Por exemplo, as variações de superfície 52 poderiam ser na forma de rebaixos côncavos. As variações de superfície 52 poderiam ser formadas no elemento de vedação 50, após ser moldado, ou as variações de superfície poderiam estar presentes no elemento de vedação, quando ele for formado.

Embora três das variações de superfície 52 uniformemente afastadas em 120 graus na superfície externa 54 sejam ilustradas nas Figs. 3A 7 B, deve ser entendido que qualquer número de espaçamento e posicionamento das variações de superfície pode ser usado mantendo-se os princípios da invenção. Por exemplo, duas, quatro ou qualquer outro número de variações de superfície poderiam ser formadas em uma superfície interna do elemento de selagem 50, se desejado.

Com referência adicionalmente agora às Figs. 4A-C, o

Petição 870170067076, de 11/09/2017, pág. 15/31 elemento de vedação 50 é representativamente ilustrado como uma parte da unidade de elemento de vedação 24 da ferramenta de poço 12 do sistema 10. Nesta forma de realização, o elemento de vedação é usado em lugar de cada um dos elementos de vedação externos 32, 34 abrindo-se o elemento de vedação central 30 e separadores 36.

Na Fig. 4A, uma extremidade da unidade de elemento de vedação 24 é mostrada antes de ser fixada na coluna tubular 18 e na Fig. 4B, a unidade é mostrada após ser fixada. Para clareza de ilustração, a coluna tubular interna 16 e o resto da ferramenta de poço 12 não são mostrados nas

Figs. 4A & B.

Na Fig. 4A, pode ser claramente visto que a seção transversal do elemento de vedação 50 não é circunferencialmente uniforme. Em vez disso, em uma parte superior do desenho um vão 58 é visível entre o elemento de vedação 50 e um anel de apoio 60. Este vão 58 não está presente entre o elemento de vedação 50 e o anel de apoio 60 em uma posição inferior do desenho.

Pode agora ser observado que o elemento de vedação 50 solicitará o anel de apoio 60 para deformar-se radialmente para fora pelas diferentes quantidades de posições circunferenciais em torno do elemento de vedação. Em particular, quando o elemento de vedação 50 expande-se radialmente para fora, o vão 58 fará com que haja menos deformação do anel de apoio 60 oposta às variações de superfície 52, quando comparado com as posições circunferenciais opostas a outras partes da superfície externa 54.

Na Fig. 4B pode ser claramente visto que, embora o vão 58 tenha sido eliminado por expansão radialmente para fora do elemento de vedação 50 (p. ex., como resultado da compressão longitudinal da unidade de elemento de vedação 24), o anel de apoio 60 não contata a superfície interna da coluna tubular 18 oposta às variações de superfície 52 (como representado no topo da Fig. 4B). Entretanto, oposto a outras partes

Petição 870170067076, de 11/09/2017, pág. 16/31 circunferenciais da superfície externa 54 do elemento de vedação 50, o anel de apoio 60 não contata a superfície interna 20 da coluna tubular 18 (como representado na base da Fig. 4B).

Desta maneira, as partes do anel de apoio 60, que não contatam a superfície interna 20 da coluna tubular 18, provêem trajetos para o fluido escapar da unidade de elemento de vedação 24 quando ela se expande radialmente para fora. Esta falta de contato nos vãos 62 entre o anel de apoio 60 e a superfície interna 20 é devido às variações de superfície 52, que fazem com que o elemento de vedação 50 solicite o anel de apoio radialmente para fora, menos naquelas posições circunferenciais opostas às variações de superfície.

Na Fig. 4C a ferramenta de poço 10 foi totalmente fixada e, como resultado, a unidade de elemento de vedação 24 foi ainda radialmente estendida para fora, de modo que os vãos 62 estão agora fechados após o fluido ter sido deslocado de o espaço anular 14 entre a unidade 24 e a superfície 20. Desta maneira, o fluido é comprimido de entre os elementos de vedação 30, 50 e de um volume anular 74 limitado parcialmente pelos separadores 36, 38 entre os elementos de vedação, antes de fechar os vãos 62.

Em uma sequência preferida de fixar a ferramenta de poço 10, o elemento de vedação central 30 contata a superfície 20, em seguida o fluido é comprimido de entre os elementos de vedação 30, 50 e do volume 74 via os vãos 62, os elementos de vedação 50 selantemente engatam a superfície 20 e então os vãos são fechados.

Entretanto, deve ser entendido que não é necessário que os vãos 62 sejam completamente fechados quando a ferramenta de poço 10 é totalmente fixada. Em vez disso, alguma parte dos vãos 62 poderia permanecer, porém preferivelmente estes seriam de dimensão suficientemente pequena para evitar indesejável extrusão dos elementos de vedação 30, 50 através dos vãos.

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Uma vista extrema da unidade de elemento de vedação fixada 24 é representativamente ilustrada na Fig. 5. Nesta vista, o posicionamento circunferencial dos vãos 62 entre o anel de apoio 60 e a superfície interna 20 da coluna tubular externa 18 pode ser claramente visto. Como examinado acima, um número de variações maior ou menor 52 pode ser usado e diferentes posições circunferenciais das variações podem ser usadas, mantendo-se os princípios da invenção.

Uma vista isométrica da unidade de elemento de vedação 24 é representativamente ilustrada na Fig. 6. Nesta vista, o formato dos vãos 62, que resulta das variações de superfície 52 da superfície externa 54 do elemento de vedação 50 pode ser claramente visto. Como examinado acima, outros formatos das variações 52 podem ser usados, para desse modo produzirem-se diferentes formatos dos vãos 62, como resultado da diferente solicitação do anel de apoio 60 oposto às variações, mantendo-se os princípios da invenção.

Observe-se que as Figs. 4B, 5 & 6 não necessariamente representam a unidade de elemento de vedação 24 em sua configuração totalmente fixada. Por exemplo, a unidade de elemento de vedação 24 pode ser somente parcialmente fixada como ilustrado nestes desenhos.

Na forma de realização representada na Fig. 4C, a unidade de elemento de vedação 24 poderia ser mais fixada, de modo que os vãos 62 fossem fechados após substancialmente todo o fluido ter escapado de a coroa anular 14 entre a unidade de elemento de vedação e a superfície interna 20 da coluna tubular 18. Nesta forma de realização, os vãos 62 poderiam ser efchados após o elemento de vedação central 30 ter engatado e selantemente encaixado na superfície interna 20.

Assim, as variações 52 poderiam ser dimensionadas, posicionadas, configuradas etc, de modo que o anel de apoio 60 fosse solicitado para contato com a superfície interna 20 em uma ocasião posterior

Petição 870170067076, de 11/09/2017, pág. 18/31 em posições circunferenciais radialmente opostas às variações, em comparação com outras posições circunferenciais em torno do anel de apoio. Este fechamento posterior dos vãos 62 suprirão escape de fluido, enquanto também evitando extrusão dos elementos de vedação 30, 50 através dos vãos, após a unidade 21 ser totalmente fixada.

Com referência adicionalmente agora à Fig. 7, uma configuração alternativa do elemento de vedação 50 é representativamente ilustrada. Nesta configuração alternativa do elemento de vedação 50, outros tipos de variações circunferenciais 64, 66, 68, 72 são usados, que alteram a maneira pela qual o elemento de vedação solicita o anel de apoio 60 radialmente para fora.

As variações 64 são furos formados no elemento de vedação 50 entre suas superfícies interna e externa 54, 56. Assim, observamos que não é necessário que uma variação circunferencial seja formada somente na superfície externa 54 do elemento de vedação 50.

As variações 66 são fendas estendendo-se circunferencialmente, formadas no elemento de vedação 50 entre suas superfícies interna e externa 54, 56. As variações 64, 66 poderiam ser fechadas quando o elemento de vedação 50 for expandido, de modo que as variações não supram um trajeto de vazamento para fluido após a unidade de elemento de vedação 24 ser totalmente fixada.

As variações 68 são rebaixos côncavos formados na superfície interna 56 do elemento de vedação 50. As variações 68 poderiam ser particularmente úteis em situações em que a unidade de elemento de vedação

24 for expandida radialmente para dentro, em vez de radialmente para fora.

As variações 72 são projeções convexas formadas na superfície interna 56 e/ou superfície externa 54 do elemento de vedação 50. Estas variações 72 podem fazer com que partes do anel de apoio 60, opostas às variações, contatem a superfície 20 antes de outras partes

Petição 870170067076, de 11/09/2017, pág. 19/31 circunferencialmente afastadas do anel de apoio contatarem a superfície.

Com referência adicionalmente agora à Fig. 8, outra configuração alternativa do elemento de vedação 50 é representativamente ilustrada. Nesta configuração alternativa do elemento de vedação 50, as variações circunferenciais 70 não resultam de uma falta de material (como com as variações 52, 64, 66, 68 descritas acima). Em vez disso, as variações 70 resultam de uma diferença nas propriedades do material.

Por exemplo, as variações 70 poderiam ter um módulo de elasticidade ou dureza variado, em comparação com o resto do elemento de vedação 50. Qualquer diferença nas propriedades de material pode ser usada para as variações 70 mantendo-se os princípios da invenção.

A diferença das propriedades de material das variações 70 faz com que o anel de apoio 60 seja solicitado diferentemente em posições circunferenciais correspondentemente diferentes em torno do elemento de vedação 50. Desta maneira, o fluido é permitido escapar da coroa anular 14 entre a unidade de elemento de vedação 24 e a superfície interna 20, porém não são deixados vazios no elemento de vedação 50 para um trajeto de vazamento após a unidade de elemento de vedação ser totalmente fixada.

Observe-se que não é necessário ou mesmo preferido na maior parte das circunstâncias que a(s) variação(ões) circunferenciais do elemento de vedação 50 seja de qualquer maneira abrupta. Por exemplo, na forma de realização da Fig. 8, as variações 70 podem resultar de mudanças graduais das propriedades de material do elemento de vedação. Nas formas de realização das Figs. 3A & B e Fig. 7, as variações 52, 68, 72 são de forma gradual. Desta maneira, concentrações de tensão no elemento de vedação 50 e anel de apoio 60 são minimizadas ou eliminadas e as forças de solicitação aplicadas ao anel de apoio são gradualmente variadas em torno da circunferência do anel de apoio.

Pode agora ser totalmente observado que muitos aspectos

Petição 870170067076, de 11/09/2017, pág. 20/31 benéficos são providos pelas várias configurações da unidade de elemento de vedação 24 e seu elemento de vedação 50. Estas configurações permitem, por outro lado, que fluido aprisionado escape de entre os componentes da unidade 24 (p. ex., de entre o elemento de vedação 50 e o anel de apoio 60, de entre o elemento de vedação central 30 e os elementos externos, de um volume 24 limitado pelo separador 38 entre os elementos de vedação etc. Estas configurações também não introduzem concentrações de tensão indesejáveis nos anéis de apoio 60 (p. ex., devido a fendas ou furos nos anéis de apoio, como nos projetos anteriores).

As configurações do elemento de vedação 50 descrito acima incluem variações circunferenciais 52, 64, 66, 68, 70, 72 em suas superfícies interna e externa 54, 56 e entre as superfícies interna e externa. Qualquer combinação e número de variações 52, 64, 66, 68, 70, 72 podem ser usados em um único elemento de vedação 50 mantendo-se os princípios da invenção.

A unidade de elemento de vedação 24 descrita acima pode eliminar a necessidade de pressões aumentadas e/ou tempos de fixação de longa duração, para permitir escape do fluido aprisionado. Além disso, a unidade de elemento de vedação 24 pode ser particularmente útil onde expansão relativamente grande dos elementos de vedação 30, 50 for desejada.

Uma vantagem na arte provida pela unidade de elemento de vedação 24 é que o formato do anel de apoio 60 pode ser controlado durante a operação de fixação pelo elemento de vedação 50. Em particular, a distribuição das forças/pressões de solicitação exercidas pelo elemento de vedação 50 sobre o anel de apoio 60 pode ser variada circunferencialmente em torno do elemento de vedação, provendo-se variações correspondentemente circunferenciais no elemento de vedação.

A interação entre o elemento de vedação 50 e o anel de apoio 60 pode ser estagiada e de outro modo controlada para influenciar na operação de fixação de uma maneira progressiva. Por exemplo, os vãos 62

Petição 870170067076, de 11/09/2017, pág. 21/31 podem ser formados para permitir escape do fluido e então os vãos podem ser fechados para evitar extrusão dos elementos de vedação.

As configurações do elemento de vedação 50 podem também ser úteis para aumentar o desempenho do elemento de vedação central 30 e da unidade de elemento de vedação total 24. Por exemplo, evitando-se fluido em excesso de ser aprisionado na unidade de elemento de vedação 24 durante a operação de fixação, mais força de compressão elástica pode ser armazenada na unidade após fixação, desse modo aumentando a capacidade de retenção de pressão da unidade. Além disso, a força de compressão elástica pode ser mais uniformemente distribuída por toda a unidade 24.

Isto aumento da força de compressão elástica e sua distribuição mais uniforme na unidade 24 permitem maior flexibilidade na seleção dos materiais e propriedades dos materiais para os elementos de vedação 30, 50. Por exemplo, materiais tendo mais dureza podem ser usados nas unidades de elemento de vedação projetadas para ambientes de temperatura relativamente elevada e/ou de alta pressão.

Como descrito acima, a ferramenta de poço 12, construída de acordo com os princípios da invenção, pode incluir a unidade de elemento de vedação 24 para selantemente engatar a superfície 20. A unidade 24 pode incluir o elemento de vedação 50 tendo uma ou mais variações circunferenciais 52, 64, 66, 68, 70.

As variações 52, 64, 66, 68 são formadas como uma falta de material em uma seção transversal do elemento de vedação 50. As variações 72 são formadas como protuberâncias sobre as superfícies interna e/ou externa 54, 56 do elemento de vedação 50. As variações 70 compreendem uma diferença em pelo menos uma propriedade do material, em comparação com outras partes circunferenciais do elemento de vedação 50.

As variações 64, 66 são vazios formados entre as superfícies interna e externa 54, 56 do elemento de vedação 50. As variações 52, 68 são

Petição 870170067076, de 11/09/2017, pág. 22/31 rebaixos formados nas superfícies interna e externa 54, 56 do elemento de vedação. O elemento de vedação 50 pode incluir múltiplas variações 52, 64, 66, 68,70 circunferencialmente distribuídas em torno do elemento de vedação.

O elemento de vedação 50 pode aplicar uma diferente força de 5 solicitação ao anel de apoio 60 nas variações 52, 64, 66, 68, em comparação com uma força de solicitação aplicada pelo elemento de vedação ao anel de apoio em outras partes do elemento de vedação circunferencialmente afastadas das variações.

O elemento de vedação 50 pode solicitar o anel de apoio 60 10 para contato com a superfície 20 nas partes do elemento de vedação circunferencialmente afastadas das variações 52, 64, 66, 68, sem solicitar o anel de apoio para contato com a superfície da variação. Esta falta de contato pode prover os vãos 62 com escape do fluido de outro modo aprisionado.

O elemento de vedação 50 pode solicitar o anel de apoio 60 15 em contato com a superfície 20 nas partes do elemento de vedação circunferencialmente afastadas das variações 52, 64, 66, 68 antes de solicitar o anel de apoio para contato com a superfície da variação. Desta maneira, os vãos 62 podem ser fechados quando a unidade 24 é totalmente fixada.

A unidade de elemento de vedação 24 pode incluir o anel de 20 apoio 60, que inicialmente tem uma seção transversal circunferencialmente uniforme. O elemento de vedação pode deformar o anel de apoio, de modo que ele tenha uma seção transversal circunferencialmente não-uniforme, quando a unidade está sendo fixada.

A ferramenta de poço 12 pode ser provida com a unidade de 25 elemento de vedação 24 incluindo o elemento de vedação 50 e o anel de apoio 60. O elemento de vedação 50 pode ser configurado para solicitar o anel de apoio 60 para contato com a superfície 20 oposta a uma parte circunferencial do anel de apoio, enquanto outra parte circunferencial do anel de apoio não contata a superfície.

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A segunda parte circunferencial do anel de apoio 60 pode contatar a superfície 20 após a primeira parte circunferencial do anel de apoio contatar a superfície. O elemento de vedação 50 pode ter uma ou mais variações circunferenciais 52, 64, 66, 68, 70 opostas à(s) segunda(s) parte(s) circunferenciais do anel de apoio 60.

É também descrito acima um método de fixar a ferramenta de poço 12 com a unidade de elemento de vedação 24. O método inclui as etapas de: prover a unidade de elemento de vedação 24 com o elemento de vedação 50 tendo uma ou mais variações circunferenciais 52, 64, 66, 68, 70; e fixar a ferramenta de poço 12. Na etapa de fixação, o elemento de vedação 50 pode aplicar uma força de solicitação para deslocar uma parte (p. ex., o anel de apoio 60) da unidade de elemento de vedação 24 para contato com a superfície 20. A força de solicitação pode ser diferente nas variações 52, 64, 66, 68, 70 em comparação com partes do elemento de vedação 50 circunferencialmente afastado das variações.

A parte da unidade de elemento de vedação 24 pode ser deformada pelo elemento de vedação 50 diferentemente nas variações 52, 64, 66, 68, 70, em comparação com nas partes do elemento de vedação circunferencialmente afastado das variações.

A parte da unidade de elemento de vedação 24 pode ser o anel de apoio 60 tendo uma seção transversal inicial circunferencialmente uniforme. Na etapa de fixação, o elemento de vedação 50 pode deformar o anel de apoio 60, de modo que ele tenha uma seção transversal circunferencialmente não-uniforme.

Outro método descrito acima inclui as etapas de: prover a unidade de elemento de vedação 24 com múltiplos elementos de vedação 30, 50; e fixar a ferramenta de poço 10, a etapa de fixação incluindo comprimir fluido de entre os elementos de vedação via pelo menos um vão 62 e então fechar o vão.

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A unidade de elemento de vedação 24 pode incluir pelo menos um separador 36, 38 entre os elementos de vedação 30, 50 e a etapa de comprimir pode incluir comprimir o fluido do volume 74 (vide Fig. 4B) limitado pelo menos parcialmente pelo separador.

O vão 62 pode ser formado radialmente entre a unidade de elemento de vedação 24 e a superfície 20 contra a qual a unidade de elemento de vedação sela na etapa de fixação. A etapa de fechar o vão 62 pode incluir selar a unidade de elemento de vedação 24 contra a superfície 20 do vão.

O vão 62 pode ser formado entre o anel de apoio 60 e a superfície 20 contra a qual a unidade de elemento de vedação 24 sela na etapa de fixação. A(s) variação(ões) circunferencial(ais) 52, 64, 66, 68, 70 e/ou 72 de pelo menos um dos elementos de vedação 30, 50 podem resultar em uma força de solicitação circunferencialmente variável sendo aplicada ao anel de apoio 60, para desse modo formar o vão 62 durante a etapa de fixação.

O vão 62 pode ser formado estendendo-se radialmente uma parte da unidade de elemento de vedação 24 em contato com a superfície 20, enquanto outra parte da unidade de elemento de vedação não contata a superfície, com a primeira parte sendo circunferencialmente deslocada em relação à segunda parte.

Os elementos de vedação podem incluir o elemento de vedação central 30 e pelo menos dois elementos de vedação externos 50 abrindo o elemento de vedação central. A etapa de comprimir pode incluir comprimir o fluido de entre o elemento de vedação central 30 e cada um dos elementos de vedação externos 50 antes do fechamento do vão 62.

O método pode incluir a etapa de formar múltiplos vãos 62 circunferencialmente distribuídos em torno da unidade de elemento de vedação 24. A etapa de fixação pode incluir fechar cada um dos múltiplos vãos 62.

Naturalmente, uma pessoa hábil na arte, em uma consideração

Petição 870170067076, de 11/09/2017, pág. 25/31 cuidadosa da descrição acima das formas de realização representativas da invenção, apreciaria prontamente que muitas modificações, adições, substituições, deleções e outras mudanças poderiam ser feitas nas formas de realização específicas e tais mudanças são contempladas pelos princípios da presente invenção. Portanto, a descrição detalhada precedente é para ser claramente entendida como sendo fornecida como ilustração e exemplo somente, o espírito e escopo da presente invenção sendo limitado somente pelas reivindicações anexas e seus equivalentes.

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Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Ferramenta de poço (12), que compreende:

uma unidade de elemento de vedação (24) para engatar uma superfície de modo selante, a unidade (24) incluindo um anel de apoio (60) e

5 um elemento de vedação (50) tendo pelo menos uma variação circunferencial (52, 64, 66, 68, 70, 72), a variação sendo configurada para aplicar forças de solicitação circunferencialmente variáveis ao anel de apoio (60), caracterizada pelo fato de:

o elemento de vedação (50):

10 incluir múltiplas variações (52, 64, 66, 68, 70, 72) circunferencialmente distribuídas em torno do elemento de vedação (50); e aplicar uma diferente força de solicitação ao anel de apoio (60) na variação (52, 64, 66, 68, 70, 72), em comparação com uma

15 força de solicitação aplicada pelo elemento de vedação (50) no anel de apoio (60) em outras partes do elemento de vedação (50) circunferencialmente afastadas da variação;

o anel de apoio (60) ter uma seção transversal inicial circunferencialmente uniforme, e em que o elemento de vedação (50) deforma

20 o anel de apoio (60), de modo que ele tenha uma seção transversal circunferencialmente não uniforme quando a unidade (24) está sendo fixada.
2. Ferramenta de poço (12), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de a variação (70) compreender uma falta de material em uma seção transversal do elemento de vedação (50).

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3. Ferramenta de poço (12), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de a variação (72) compreender uma protuberância formada em uma superfície do elemento de vedação (50).
4. Ferramenta de poço (12), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de a variação (70) compreender uma diferença em pelo

Petição 870170067076, de 11/09/2017, pág. 27/31 menos uma propriedade de material entre as respectivas partes circunferenciais do elemento de vedação (50).
5. Ferramenta de poço (12), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de o elemento de vedação (50) solicitar o anel de apoio

5 (60) para contato com a superfície em partes do elemento de vedação (50) circunferencialmente afastadas da variação (52, 64, 66, 68, 70, 72), sem solicitar o anel de apoio (60) para contato com a superfície na variação.
6. Ferramenta de poço (12), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de o elemento de vedação (50) solicitar um anel de

10 apoio (60) para contato com a superfície em partes do elemento de vedação (50) circunferencialmente afastada das variações (52, 64, 66, 68, 70, 72) antes de solicitar o anel de apoio (60) para contato com a superfície da variação.
7. Ferramenta de poço (12), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de a variação (64, 66) compreender um vazio formado

15 entre as superfícies interna (56) e externa (54) do elemento de vedação (50).
8. Ferramenta de poço (12), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de a variação (52, 68) compreender um rebaixo formado em uma superfície do elemento de vedação (50).
9. Ferramenta de poço (12), de acordo com qualquer uma das 20 reivindicações 1 a 8, caracterizada pelo fato de pelo menos uma segunda parte circunferencial do anel de apoio (60) não contatar a superfície.
10. Ferramenta de poço (12), de acordo com a reivindicação 9, caracterizada pelo fato de a segunda parte circunferencial do anel de apoio (60) contatar a superfície após a primeira parte circunferencial do anel de

25 apoio (60) contatar a superfície.
11. Ferramenta de poço (12), de acordo com a reivindicação 9, caracterizada pelo fato de o elemento de vedação (50) ter pelo menos uma variação circunferencial (52, 64, 66, 68, 70, 72) oposta à segunda parte circunferencial do anel de apoio (60).

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12. Método para fixar a ferramenta de poço (12) definida na reivindicação 1, compreendendo:

fixar a ferramenta de poço (12), o elemento de vedação (50) aplicando uma força de solicitação para deslocar o anel de apoio (60) para

5 contato com uma superfície e a força de solicitação sendo diferente na variação (52, 64, 66, 68, 70, 72), em comparação com nas partes do elemento de vedação (50) circunferencialmente afastado da variação, caracterizado pelo fato de:

o elemento de vedação (50) solicitar um anel de apoio (60)

10 para contato com a superfície em partes do elemento de vedação (50) circunferencialmente afastada da variação (52, 64, 66, 68, 70, 72) antes de solicitar o anel de apoio (60) para contato com a superfície da variação; e o anel de apoio (60) ter uma seção transversal inicial circunferencialmente uniforme, e em que o elemento de vedação (50) deforma

15 o anel de apoio (60), de modo que ele tenha uma seção transversal circunferencialmente não uniforme na etapa de fixação.
13. Método de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de o anel de apoio (60) ser deformado pelo elemento de vedação (50) diferentemente na variação (52, 64, 66, 68, 70, 72), em comparação com

20 nas partes do elemento de vedação (50) circunferencialmente afastado da variação.
14. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 12 ou 13, caracterizado pelo fato de:

a etapa de fixação inclui comprimir fluido de entre elementos 25 de vedação (30, 50) via pelo menos um vão (62) e então fechar o vão (62).
15. Método de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de a unidade de elemento de vedação (24) incluir pelo menos um separador (36, 38) entre os elementos de vedação (30, 50) e em que a etapa de comprimir compreender ainda comprimir o fluido de um volume (74)

Petição 870170067076, de 11/09/2017, pág. 29/31 limitado pelo menos parcialmente pelo separador (36, 38).
16. Método de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de compreender ainda a etapa de formar o vão (62) radialmente entre a unidade de elemento de vedação (24) e uma superfície contra a qual a

5 unidade de elemento de vedação (24) sela na etapa de fixação.
17. Método de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de a etapa de fechar o vão compreender ainda selar a unidade de elemento de vedação (24) contra a superfície do vão (62).
18. Método de acordo com a reivindicação 14, caracterizado

10 pelo fato de o vão (62) ser formado entre um anel de apoio (60) da unidade de elemento de vedação (24) e uma superfície contra a qual a unidade de elemento de vedação (24) sela na etapa de fixação.
19. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 14 a 18, caracterizado pelo fato de uma segunda parte da unidade de elemento

15 de vedação (24) não contatar a superfície, com a primeira parte sendo circunferencialmente deslocada em relação à segunda parte.
20. Método de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de os elementos de vedação (30, 50) incluírem um elemento de vedação central (30) e pelo menos dois elementos de vedação externos (50)

20 abrindo o elemento de vedação central (30) e em que a etapa de comprimir compreender ainda comprimir o fluido de entre o elemento de vedação central (30) e cada um dos elementos de vedação externos (50) antes do fechamento do vão (62).
21. Método de acordo com a reivindicação 14, caracterizado
25 pelo fato de compreender ainda a etapa de formar múltiplos vãos (62) circunferencialmente distribuídos em torno da unidade de elemento de vedação (24), e em que a etapa de fixação compreender ainda fechar cada um dos múltiplos vãos (62).

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