BRPI1001364A2

BRPI1001364A2 - aperfeiçoamentos em aparelho expansìvel

Info

Publication number: BRPI1001364A2
Application number: BRPI1001364-4A
Authority: BR
Inventors: Kim Nutley; Brian Nutley
Original assignee: Swelltec Ltd
Priority date: 2009-05-01
Filing date: 2010-04-30
Publication date: 2011-03-22
Also published as: EP2246522B1; US8960315B2; US8561689B2; CA2701489C; US20130277069A1; EP2246522A3; AU2010201735A1; EP2246522A2; CA2701489A1; GB0907556D0; US20100276137A1; GB2469870A

Abstract

APERFEIçOAMENTOS EM APARELHO EXPANSìVEL. A presente invenção refere-se a um aparelho subterrâneo e um conjunto de suporte para ele são descritos. O aparelho subterrâneo tem uma parte expandindo-se radialmente, compreendendo um material elastomérico expansível, selecionado para aumentar em volume por exposição a pelo menos um fluido predeterminado, e o conjunto de suporte é operável para ser disposto de uma primeira posição retraida a uma segunda condição expandida. O conjunto de suporte compreende uma superfície interna disposta para ficar voltada para a parte expandindo-se radialmente, e pelo menos uma parte da superfície interna é cóncava. Em outro aspecto, o conjunto de suporte é configurado para dirigir uma força do material expansível, para reforçar ou energizar um selo criado entre a parte expandindo-se radialmente e uma superfície circundante em uso.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "APERFEIÇOAMENTOS EM APARELHO EXPANSÍVEL".

A presente invenção refere-se a um aparelho subterrâneo parauso em poços de hidrocarbonetos, e, mais particularmente, a aparelho sub-terrâneo para uso com materiais expansíveis, tais como aquelas usadas naexploração e em indústria de produção de hidrocarbonetos. A invenção tam-bém refere-se a uma ferramenta subterrânea incorporando o aparelho, e aum processo de uso. As concretizações da invenção referem-se às aplica-ções de isolamento e vedação-que usam obturadores de furos de poços ex-pansíveis.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

No campo da exploração e produção de hidrocarbonetos, váriasferramentas são usadas para proporcionar selos fluidos entre os dois com-ponentes em um furo de poço. Barreiras anulares foram projetadas para im-pedir o fluxo indesejável de furos de poços, entre uma parte tubular e a su-perfície do furo de poço e a superfície interna de uma parte tubular circun-dante ou da parede do furo de sondagem. Em muitos casos, as barreirasanulares proporcionam um selo fluido capaz de manter um diferencial depressão significativo pelo seu comprimento. Em uma aplicação, um obtura-dor de furo de poço é formado na superfície externa de um cordão de com-pletamento, que é estendido em um invólucro externo, em uma primeiracondição tendo um diâmetro externo particular. Quando o obturador está nolocal subterrâneo desejado, é inflado ou expandido para contato com a su-perfície interna do invólucro externo, para criar um selo no anel tubular. Ob-turadores de furos de poços similares foram projetados para uso em rfieiosambientes de furos abertos, para criar um selo entre a parte tubular e a pa-rede circundante do furo de poço.

Os obturadores convencionais são atuados por sistemas mecâ-nicos ou hidráulicos. Uma força ou pressão é aplicada dà süperfície, paramovimentar radíalmente um elemento obturador mecânico para contato coma superfície circundante. Em um obturador inflável, o fluido é transferido dasuperfície para inflar uma câmara definida por uma bexiga em torno docorpo tubular.

Mais recentemente, obturadores de furos de poços foram de-senvolvidos, que incluem uma manta de material expansível formado emtorno da parte tubular. O material expansível é selecionado para aumentarem volume por exposição a pelo menos um fluido predeterminado, que podeser um fluido d hidrocarboneto ou um fluido aquoso ou salmoura. O obtura-dor expansível pode ser disposto em um local subterrâneo, no seu estadonão expandido, no qual é exposto a um fluido do furo de poço e feito aumen-tar em volume. O projeto, as dimensõese as características de expansãosão selecionados de modo que o elemento obturador expansível se expan-da, para criar um selo fluido no anel tubular, para isolar uma seção do furode poço da outra. Os obturadores expansíveis têm várias vantagens em re-lação aos obturadores convencionais, incluindo atuação passiva, simplicida-de de construção e robustez em aplicações de isolamento de longo prazo.

Além disso, os obturadores expansíveis podem ser projetadospara uma expansão complacente da manta expansível, para contato comuma superfície circundante, de modo que a força conferida na superfície im-peça o dano a uma formação de rocha ou interface física, enquanto aindacriando uma barreira ou selo anular. Os próprios obturadores expansíveisproporcionam ao poço os completamentos de furo aberto em formações sol-tas ou fracas.

Os materiais selecionados, pára formar um elemento expansívelem um obturador expansível, variam dependendo da aplicação específica.Os materiais expansíveis são elastoméricos (isto é, apresentam proprie-dades mecânicas e físicas de um elastômero ou borracha natural). Quando amanta expansível é projetada para expandir-se em hidrocarbonetos, podecompreender um material, tal como uma borracha de monômero dê etileno -propileno - dieno. Quando a manta expansível é preciso expandir-se em flui-dos aquosos ou salmouras, o material pode compreender, por exemplo, umaresina reticulada à base de amida de ácido vinilcarboxílico e um uretano ex-pansível em água, em uma matriz de borracha de etileno e propileno. Osmateriais adequados para os obturadores expansíveis são descritos na pa-tente GB 2411918 ou no pedido de patente internacional WO 2005/012686.Além disso, os materiais elastoméricos expansíveis, projetados para aumen-tar em volume em ambos os fluidos de hidrocarbonetos e fluidos aquosos,são descritos nas publicações de pedidos de patentes internacionais copen-dentes do requerente WO 2008/155564 e WO 2008/155565.

As aplicações de ferramentas expansíveis são limitadas por vá-rios fatores, incluindo a capacidade delas de aumentar em volume, as suascapacidades de criar um selo, e as suas propriedades mecânicas e físicasquando nos seus estados não expandidos e expandidos. Um obturador ex-pansível pode ser exposto a altos diferenciais de pressão durante uso. Aintegridade do selo anular criado por um obturador de poço é superior, euma tendência do material expansível extrudar-se, deformar-se ou escoardevido às forças criadas pelo diferencial de pressão resulta em um modo defalha potencial, entre o aparelho e a superfície çircundante. Portanto, na prá-tica, as ferramentas expansíveis e, em particular, os obturadores expansí-veis, vão ser projetados para considerar as limitações do material. Por e-xemplo, um obturador expansível pode ser colocado com um diâmetro ex-terno apenas ligeiramente menor do que o diâmetro interno da superfíciecircundante, para limitar o aumento volumétrico percentual do material ex-pansível durante a expansão. Além disso, os obturadores expansíveis po-dem ser formados com os elementos obturadores de comprimento significa-tivo, maiores do que aqueles das ferramentas de isolamento mecânicas ouhidráulicas equivalentes, para aumentar a pressão nominal e/ou reduzir aschances de ruptura do selo a altas pressões diferenciais.

A publicação do pedido de patente internacional WO2006/121340 descreve um anel de extremidade expansível para um obtura-dor expansível, que é mencionado como ancorando o material do obturadorna parte tubular de uma forma mais efetiva. No entanto, a disposição do pe-dido de patente internacional WO 2006/121340 não aborda os problemas deextrusão do material expansível em uso.

A publicação do pedido de patente internacional copendente dorequerente WO 2008/062186 descreve uma estrutura de suporte, adequadapara uso com um obturador expansível, que é operável para ser disposto deuma primeira condição não expandida a uma segunda condição expandidapor expansão do obturador. Proporcionando-se uma estrutura de suporte,que cobre substancialmente a extremidade da manta expansível, a extrusãodo material expansível é atenuada. Isto permite que os obturadores sejamproduzidos com uma pressão nominal necessária, que são de comprimentomais curto do que os obturadores expansíveis convencionais. Além do mais,os obturadores podem ser formados com um diâmetro externo reduzido, poisa resistência mecânica do material elastomérico é menos crítica. O obtura-dor pode ser, portanto, engenheirado para que tenha um maior fator de ex-pansão, mantendo, simultaneamente, uma resistência a cisalhamento e umapressão nominal diferencial. A disposição do pedido de patente internacionalWO 2008/062186 permite, portanto, que um obtgrador expansível seja usa-do em uma faixa mais ampla de parâmetros operacionais. Embora a disposi-ção do pedido de patente internacional WO 2008/062186 seja adequada pa-ra uso em muitas aplicações de furos de poços, em certas condições a suaeficiência e/ou praticabilidade são limitadas.

É um objetivo de um aspecto da invenção proporcionar um con-junto de suporte para um material expansível em um aparelho subterrâneo,que é aperfeiçoado com relação aos conjuntos de suporte propostos anteri-ormente.

Outros objetivos e objetos vão ficar evidentes da leitura da des-crição apresentada a seguir.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

De acordo còm um primeiro aspecto da invenção, proporciona-se um aparelho subterrâneo tendo uma parte expansível radialmente, com-preendendo um material elastomérico expansível, selecionado para aumen-tar em volume por exposição a pelo menos um fluido predeterminado, e umconjunto de suporte operável para ser disposto de uma primeira posição re-traída a uma segunda condição expandida, na qual cobre, pelo menos parci-almente, uma extremidade da parte expansível radialmente, em que o con-junto de suporte compreende uma superfície interna,-disposta para ficar vol-tada para a parte expansível radialmente, e pelo menos uma parte da super-fície interna é côncava.

Elastomético neste contexto significa ter as propriedades físicasou mecânicas de uma borracha, e material elastomérico inclui materiais po-liméricos sintéticos e borrachas naturais.

De acordo com um segundo aspecto da invenção, proporciona-se um conjunto de suporte para um parte expansível radialmente, tendo umaparte expansível radialmente, em que a parte expansível radialmente com-preende um material elastomérico expansível, selecionado para aumentarem volume por exposição a pelo menos um fluido predeterminado, em que oconjunto de suporte é operável para ser disposto de uma primeira posiçãoretraída â uma segunda condição expandida, na qual cobre, pelo menosparcialmente, uma extremidade de uma parte expansível radialmente do a-parelho, em que o conjunto de suporte compreende uma superfície internadisposta para ficar voltada para a parte expansível radialmente, e pelo me-nos uma parte da superfície interna é côncava.

Proporcionando-se um conjunto de suporte com uma superfícieinterna parcial ou inteiramente côncava, o conjunto de suporte é aperfeiçoa-do com relação aos projetos da técnica anterior. Um maior volume de mate-rial expansível pode ser acomodado abaixo dó conjunto de suporte por uni-dade de comprimento axial do conjunto de suporte. Desse modo, o volumede material elastomérico expansível, que pode ser acomodado entre o con-junto de suporte e o corpo do aparelho, é aumentado com relação à técnicaanterior, proporcionando um elemento de vedação mais robusto.

A maximização eficiente do volume de borracha, em algumasconcretizações, propicia um perfil radial reduzido do conjunto de suporte edo aparelho subterrâneo, isto é, um volume suficiente pode ser acomodadoabaixo de um conjunto de suporte de diâmetro externo reduzido. A formacôncava também permite que o conjunto de suporte seja formado em umcomprimento axial mais cuíto da ferramenta, em comparação com os dispo-sitivos de suporte propostos na técnica anterior. Isto reduz o comprimentoaxial do aparelho, ou permite, alternativamente, que o comprimento da párteexpansível principal do aparelho seja mantida. Esta é uma vantagem particu-lar em certas aplicações, incluindo as aplicações de fratura (ou "rebarba-ção").

A superfície côncava pode ser na forma de uma bacia curva e/oupode ter uma forma parabólica. Os inventores consideraram que esta formacôncava proporciona uma transferência eficiente de forças de expansão -que têm componentes radiais e longitudinais - para o conjunto de suporte,para disposição da condição expandida. Isto permite que o conjunto de su-porte seja disposto mais facilmente, e, em alguns outros casos, do que osdispositivos de suporte propostos na técnica anterior. Desse modo, a dispo-sição do conjunto de suporte tem um menor impacto no perfil de expansão eno tempo expansão normais do aparelho. Em particular, os inventores con-sideraram que a forma côncava proporciona uma atrelagem eficiente dasforças longitudinais - por exemplo, devido ao efeito do peso, à força de pu-xamento, ou às pressões diferenciais - que são dirigidos para dispor aindamais o conjunto de suporte. Isto aperfeiçoa a operação do conjunto de su-porte por aumento da suas capacidades antiextrusão e de imobilização, re-sultando em üm selo anular mais seguro.

De preferência, a grande parte ou substancialmente toda a su-perfície interna é côncava. Em outras palavras, o conjunto de suporte com-preende um componente de suporte, que tem uma superfície interna que écôncava pela maioria ou por substancialmente toda da extensão radial docomponente de suporte.

O conjunto de suporte pode ser disposto para entrar em contatocom a parte expansível radialmente (ou uma parte dela), ao longo da suadisposição para a condição expandida. Desse modo, não há, em uso, subs-tancialmente qualquer espaço ou vazio entre o conjunto de suporte e a parteexpansível radialmente.

O conjunto de suporte pode cobrir substancialmente uma extre-midade do elemento expandindo-se radialmente, e pode proporeionâr umabarreira de extrusão para o material elastomérico expansível.

O conjunto de suporte pode ser configurado para ser disposto nasua segunda condição expandida por movimento pivotante ou, de outro mo-do, deformação de um componente de suporte principal, que pode ser umanel de suporte principal. O conjunto de suporte pode compreender uma par-te interna, posicionada adjacente a um corpo do aparelho (que pode ser umaparte tubular, tal como um tubo de base, ou pode ser um mandril cilíndrico) euma borda distai, que se movimenta para fora com relação ao corpo do apa-relho. O conjunto de suporte se estende, de preferência, radial e longitudi-nalmente do aparelho, e pode portanto definir um volume anular entre o cor-po do aparelho e uma superfície interna do conjunto de suporte. Vantajosa-mente, o volume do material elastomérico expansível, adjacente a um pontode movimento pivotante ou deformação do conjunto de suporte, é aumenta-do, em comparação com à técnica anterior.

Em uma concretização preferida dá invenção, o aparelho com-preende um primeiro volume anular de material elastomérico expansível,disposto entre o conjunto de suporte e um corpo do aparelho, que pode serum elemento anular elastomérico formado de um material expansível. O e-lemento anular elastomérico pode formar uma parte da parte expansível ra-dialmente do aparelho. O aparelho pode compreender um segundo volumeanular de material elastomérico expansível, que pode ser disposto no corpoadjacente ao primeiro volume anular. O segundo volume anular de materialelastomérico expansível pode formar, por exemplo, uma grande parte damanta expansível de um obturador de furo de poço. Desse modo, a parteexpansível radialmente pode ser uma construção composta, consistindo dosprimeiro e segundo volumes de material elastomérico expansível em combi-nação.

Em uma extremidade oposta do aparelho, um conjunto de supor-te similar e/ou um volume de material expansível podem ser proporcionadopara completar a extremidade oposta do obturador de furo de poço.

O uso dos primeiro e segundo volumes anulares de material ex-pansível pode oferecer certas vantagens de fabricação e/ou operacionais.Por exemplo, os primeiro e segundo volumes anulares podem ser formadosseqüencialmente. Em uma concretização preferida da invenção, o segundovolume anular é disposto no corpo do aparelho, e por pelo menos uma partedo primeiro volume anular. O primeiro volume anular pode compreender umelemento anular, com uma parte inclinando-se na parte superficial. De prefe-rência, a parte superficial inclinada é côncava.

A interface entre os primeiro e segundo volumes de material e-lastomérico expansível pode ser configurada para proporcionar um ou maiscaminhos de descarga para os gases, que podem, de outro modo, ficar reti-dos sob as camadas de borracha usadas para formar os volumes primáriose/ou anulares. Em particular, o ar pode ficar retido durante a localização dasvárias camadas de material elastomérico, durante o processo de fabricação.Outros gases, formados como subprodutos do processo de fabricação, tam-bém podem ficar retidos.

Uma vantagem adicional da estrutura compostà, compreenden-do dois volumes de material expansível, é que diferentes materiais, com dife-rentes propriedades químicas ou mecânicas, podem ser usados para formaras partes expandidas radialmente compostas. Por exemplo, os materiais dosprimeiro e segundo volumes anulares podem ser selecionados para diferirem uma ou mais das seguintes características: penetração de fluido, absor-ção de fluido, coeficiente de expansão, taxa de expansão, coeficiente de a-longamente, dureza, resiliência, elasticidade, resistência a tração, resistênciaa cisalhamento, módulo elástico e densidade. Em uma concretização, o pri-meiro volume é um material elastomérico selecionado para ser relativamenteduro e relativamente altamente reticulado, em comparação com o elastôme-ro da manta expansível. Isto pode reduzir a tendência dó elemento anular deser extrudado antes e depois da expansão.

Vai-se considerar que as concretizações do segundo aspecto dainvenção podem compreender aspectos preferidos e/ou opcionais definidosacima com relação à incorporação do conjunto dentro de um aparelho sub-terrâneo.

De acordo com um terceiro aspecto da invenção, proporçiona-seum aparelho subterrâneo, tendo uma parte expansível radialmente, quecompreende um material elastomérico expansível, selecionado para aumen-tar em volume por exposição a pelo menos um fluido predeterminado e umconjunto de suporte, em que o conjunto de suporte compreende um compo-nente de suporte principal, operável para que seja disposto de uma primeiraposição retraída a uma segunda condição expandida, na qual cobre, pelomenos parcialmente, uma extremidade da parte expansível radialmente, ecompreende ainda um elemento energizante disposto entre q parte expansí-vel radialmente e o componente de suporte principal.

Neste contexto "disposto entre" significa que a parte expansívelradialmente e o componente de suporte principal são posicionados em qual-quer um dos lados do elemento energizante, mas não significa, necessaria-mente, "adjacente a" ou "em contato com", a menos que o contexto exija deoutro modo. Nas concretizações da invenção, pode haver componentes adi-cionais localizados entre a parte expansível radialmente e o elemento ener-gizante, e/ou o componente de suporte principal e o elemento energizante.

O uso de um elemento energizante serve para aperfeiçoar a dis-posição do dispositivo de suporte e/ou a expansão da parte expansível radi-almente. De preferência, o^ elemento energizante direciona uma carga decompressão ao elemento expandindo-se radialmente, que pode ser depoisdistribuído como uma força de expansão radial. O elemento energizante po-de, portanto, dirigir forças axiais compressivas do elemento de suporte etransferi-las para a parte expansível radialmente. A parte expansível radial-mente pode, por sua vez, agir no componente de suporte principal, para dis-pô-lo ainda mais em uma condição expandida.

De preferência, o elemento energizante compreende uma super-fície de contato, que pode ficar voltada para a parte expansível radialmente.Pelo menos uma parte da superfície de contato contata uma face ou nariz daparte expansível radialmente. A superfície de contato pode ser orientada emum plano perpendicular ao eixo do aparelho subterrâneo, ou pode ser incli-nada para esse plano em outras concretizações. De preferência, o elementoenergizante é um anel, que pode, em uso, funcionar como um pistão.

De preferência, o elemento energizante é operável para dirigiruma força axial, tal como uma força devida a um diferencial de pressão è/oupeso no tubo de base, para o elemento energizante, para energizar um selo.

De preferência, o elemento energizante é um anel energizante,móvel em um corpo do aparelho.

O conjunto de suporte, de preferência, um componente de su-porte principal dele, pode compreender um pivô, que permite o movimentode uma parte afunilada do conjunto de suporte com relação a um corpo doaparelho. O pivô pode ser deslocado radialmente do corpo do aparelho, paracriar um efeito de alavanca no conjunto de suporte. O movimento de umaparte do conjunto de suporte radialmente externa do pivô pode, portanto,gerar uma força compressiva no elemento energizante.

As concretizações do terceiro aspecto da invenção pode com-preender aspectos preferidos e/ou opcionais do primeiro ou segundo aspec-to da invenção, ou vice-versa.

De acordo com um quarto aspecto da invenção, proporciona-seum processo de formação de um selo em um furo de poço, o processo com-preendendo as etapas de:

proporcionar um aparelho subterrâneo em um furo de poço, oaparelho tendo uma parte expansível radialmente, que compreende um ma-terial elastomérico expansível, selecionado para aumentar em volume porexposição a pelo menos um fluido predeterminado;

expor o aparelho subterrâneo a pelo menos um fluido predeter-minado, para expandir o material elastomérico expansível e criar um selo nofuro de poço;

dispor um conjunto de suporte em uma posição expandida, naqual cobre, pelo menos parcialmente, uma extremidade da parte expansívelradialmente; e

energizar parcialmente o selo dirigindo uma força do conjunto desuporte para a parte expansível radialmente por meio de um elemento ener-gizante.

O processo envolve, de preferência, á disposição do conjunto desuporte por expansão do material elastomérico expansível.

De .preferência, a força do conjunto de suporte para a parte ex-pansível radialmente é uma força compressiva. A força compressiva poderesultar, pelo menos em parte, da disposição do conjunto de suporte. Emuma concretização preferida, o conjunto de suporte pivota ou, de outro mo-do, se deforma por expansão do material elastomérico expansível, e umaparte interna do conjunto de suporte dirige uma força axial compressiva peloelemento energizante. O elemento energizante confere, de preferência, umaforça no material elastomérico expansível por uma superfície de contato. Omaterial elastomérico expansível pode dirigir a força do conjunto de suporteradialmente para fora, para melhorar o selo com uma superfície circundandoo aparelho. Em uma concretização preferida, a força é dirigida para disporainda mais o conjunto de suporte em uma posição expandida.

As concretizações do quarto aspecto da invenção podem com-preender aspectos preferidos e/ou opcionais de quaisquer dos aspectos ter-ciários da invenção, ou vice-versa.

De acordo com um quinto aspecto da invenção, proporciona-seum aparelho subterrâneo, que compreende um material elastomérico expan-sível, selecionado para aumentar em volume por exposição a pelo menosum fluido predeterminado, o aparelho compreendendo um corpo, um ele-mento anular localizado no corpo, e um volume de material elastomérico ex-pansível, disposto no corpo próximo a pelo menos uma parte do elementoanular, em que uma rota de descarga do gás é proporcionada entre o ele-mento anular e o volume de material elastomérico expansível.

De preferência, o volume de material elastomérico expansível éformado de camadas múltiplas, que podem ser enroladas em torno do corpo.

As camadas múltiplas podem ser camadas de material elastomérico não vul-canizado. No entanto, em concretizações alternativas, as camadas podemser materiais elastoméricos parcial, substancial ou inteiramente vulcanizados.

Proporcionando-se uma rota de descarga, os gases, incluindo arou os gases formados como subprodutos do processo de fabricação, sãocapazes de passar fora do volume e fora da superfície. Estes gases podem,de outro modo, ficar retidos entre as camadas do material expansível, dei-xando cavidades no corpo formado. Estas cavidades reduzem a resistênciamecânica integral do corpo expansível e/ou criar um modo de falha potenci-al. As bolsas de gás também afetam a passagem dos fluidos pelo corpo ex-pansível, e afetam, portanto as características de expansão da ferramenta.

De preferência, o aparelho compreende uma camada externa dematerial expansível, disposto na rota de descarga de gás.

O elemento anular pode compreender um material élástico ex-pansível, e pode, portanto, formar parte de um elemento expandindo-se ra-dialmente composto. O material elastomérico expansível do elemento anularpode ser selecionado para que tenha propriedades químicas e mecânicasidênticas, ou substancialmente iguais que aquelas do material elastoméricoexpansível selecionado para o volume. Alternativamente, o material do ele-mento anular pode ser selecionado para diferir em uma ou mais das seguin-tes características: penetração de fluido, absorção de fluido, coeficiente deexpansão, taxa de expansão, coeficiente de alongamento, dureza, resiliên-cia, elasticidade, resistência a tração, resistência a cisalhamento, móduloelástico e densidade. Em uma concretização, o elastômero do elemento anu-lar é selecionado para que seja relativamente duro e relativamente altamentereticulado, em comparação com o elastômero da manta expansível. Isto po-de reduzir a tendência do elemento anular de extrudar-se antes e após ex-pansão.

Nas concretizações alternativas deste aspecto da invenção, oelemento anular é formado, ou parcialmente formado, de um material nãoexpansível, tal como um elastômero, Um plástico, um metal, uma cerâmica,ou um material composto.

As concretizações do quinto aspecto da invenção podem com-preender aspectos preferidos e/ou opcionais de qualquer um dos primeiro aoquarto aspectos da invenção, ou vice-versa.

De acordo com um sexto aspecto da invenção, proporciona-seum processo de formação de um aparelho subterrâneo, que compreende ummaterial elastomérico expansível, selecionado para aumentar em volume porexposição a pelo menos um flüido predeterminado, o processo compreen-dendo:

proporcionar um elemento anular localizado em um corpo;

formar um volume de material elastomérico expansível, adjacen-te a pelo menos uma parte do elemento anular;

proporcionar uma rota de descarga, entre o elemento anular e ovolume de material elastomérico expansível, para os gases, durante a for-mação do volume de material elastomérico expansível;

O processo pode compreender a etapa adicional de formação decamadas múltiplas de um material elastomérico expansível, para proporcio-nar uma manta expansível.

O volume de material elastomérico expansível pode ser formadoem pelo menos uma parte do elemento anular. O elemento anular pode teruma parte superficial inclinada. As sucessivas camadas do material elasto-mérico expansível podem ser formadas em partes sucessivamente maioresdo elemento anular.

O processo pode incluir a etapa subsequente de vulcanização(ou revulcanização) das camadas múltiplas no corpo, mantendo, simultane-amente, a rota de descarga.

O processo pode compreender ainda uma etapa subsequente deformação de uma camada externa de material elastomérico expansível narota de descarga.

As concretizações do sexto aspecto da invenção podem com-preender aspectos preferidos e/ou opcionais de qualquer um dos primeiro aoquinto aspectos da invenção, ou vice-versa.

De acordo com um sétimo aspecto da invenção, proporciòna-seum obturador de furo de poço, compreendendo o aparelho de acordo comqualquer dos primeiro, terceiro ou quinto aspectos da invenção.

Vai-se descrever então, apenas por meio de exemplo, váriasconcretizações da invenção, com referência aos desenhos, dos quais:

a Figura 1 é uma seção longitudinal por um obturador de furo depoço, incorporando um conjunto de suporte, de acordo com uma concretiza-ção da invenção;a Figura 2 é uma seção longitudinal de um detalhe da Figura 1;

a Figura 3 é uma seção longitudinal e uma vista lateral parcial deum conjunto de suporte, de acordo com a concretização da Figura 1;

a Figura 4A é uma seção parcial por um anel de suporte princi-pal da Figura 3, mostrando alguns aspectos superficiais internos;

a Figura 4B é uma vista pela extremidade, mostrando uma su-perfície interna do anel de suporte principal da concretização da Figura 3;

a Figura 5A é uma vista lateral de uma camada de contenção,usada com a concretização da Figura 3;

a Figura 5B é uma vista pela extremidade da camada de conten-ção da Figura 5A;

a Figura 6 é uma vista lateral detalhada de uma camada de con-tenção, de acordo com uma concretização alternativa da invenção;

as Figuras 7A e 7B são, respectivamente, vistas lateral e pelaextremidade de uma primeira camada intermediária da concretização da Figura 3;

as Figuras 8A e 8B são, respectivamente, vistas lateral e pelaextremidade de uma segunda camada intermediária da concretização daFigura 3;

a Figura 9 é uma seção longitudinal de um elemento anular usa-do na concretização da Figura 3;

as Figuras 10A a 10C mostram esquematicamente um processode fabricação, de acordo com uma concretização da invenção;

a Figura 11 mostra esquematicamente o obturador de furo depoço e o conjunto de suporte em uma condição expandida em um furo depoço;

a Figura 12 é uma vista seccional por um detalhe de um conjun-to de suporte, de acordo com uma concretização alternativa da invenção;

a Figura 13 é uma vista seccional por um elemento anular, deacordo com uma outra concretização alternativa da invenção;

a Figura 14 é uma vista seccional de um detalhe de um conjuntodê suporte, de acordo com uma outra concretização alternativa dá invenção;e

a Figura 15 é uma vista seccional por um detalhe de um conjun-to de suporte, de acordo com uma outra concretização alternativa da invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA

Com referência primeiramente à Figura 1, mostra-se uma seçãolongitudinal de um aparelho subterrâneo, na forma de um obturador de furode poço, ilustrado genericamente em 10. O obturador de furo de poço 10 éformado em um tubo de base 12 e compreende uma manta 14 e um par deanéis de extremidade 16. Um conjunto de suporte 18 é proporcionado entrea manta 14 e cada um dos anéis de extremidade 16, nas extremidades o-postas do obturador 10. Os anéis de extremidade 16 são fixados no tubo debase 12, neste caso por parafusos que se estendem radialmente pelos anéisde extremidade 16 e para contato com o corpo do tubo de base 12.

A manta 14 é formada de um material elastomérico expansível,selecionado para aumentar em volume por exposição a pelo menos um flui-do disparador predeterminado. Estes materiais são conhecidos na técnica,por exemplo, na patente GB 2411918 e no pedido de patente internacionalWO 2005/012686. Nesta concretização, o material elastomérico expansível euma borracha de monômero de etileno - propileno - dieno (EPDM), para ex-pansão em fluidos de hidrocarbonetos, mas concretizações alternativas po-dem compreender materiais que expandem em fluidos aquosos, ou que ex-pandem em ambos os fluidos de hidrocarbonetos e aquosos. Na Figura 1, oaparelho é mostrado em uma configuração de entrada. A manta 14 está emuma condição não expandida, e o seu diâmetro externo (DE) é aproximada-mente igual ao DE dos anéis de extremidade 16.

A Figura 2 é uma vista ampliada de uma parte 20 do obturadorde furo de poço 10.· O desenho mostra uma seção longitudinal de uma partedo conjunto de suporte 18, um anel de extremidade 16 e a manta 14. Aconstrução do aparelho 10 e do conjunto de suporte 8 é descrita neste casocom referência às Figuras 3 a 11, que mostram partes do aparelho em maisdetalhes. O conjunto de suporte 18 é mostrado antes da localização em unitubo de base 12 na Figura 3. A metade superior da Figura 3 mostra o con-junto em seção, e a metade inferior mostra o conjunto de uma vista lateralexterna.

O conjunto de suporte 18 compreende um anel de suporte prin-cipal 22, um anel energizante 24 e um elemento anular elastomérico 26, to-dos definindo furos atravessantes dimensionados para acomodar o tubo debase 12. O anel de suporte principal 22 (mostrado mais claramente nas Fi-guras 4A e 4B) é formado de um metal, tal como aço, e compreende umaparte pescoço 28 e uma parte afunilada 30. A parte pescoço 28 é recebidaem um recesso correspondente 31, no anel de extremidade 19, e contata aparede de extremidade do recesso. A parte afunilada 30 se estende radial elongitudinalmente no tubo de base 12, para definir um volume interno (quan-do montado), que acomoda uma parte do elemento anular elastomérico 26.

O anel de suporte principal 22 compreende uma superfície interna côncava32, que define uma taça, e a superfície externa 34 é angulada para definiruma parte cônica 34a e uma parte cilíndrica 34b.

O anel de suporte principal 22 é dotado com ranhuras espaça-das circunferencialmente 36, que se estendem de uma borda externa 35(distai do tubo de base), pela parte afunilada 30 a uma profundidade prede-terminada, para definir folhas 38 na parte afunilada 30. As ranhuras 36 facili-tam a disposição do conjunto de suporte 16, propiciando a abertura das ra-nhuras 36 por movimento pivotante ou deformação das folhas 38. As ranhu-ras 36 podem ser formadas, por exemplo, por corte por jato de água ou cortepor arame.

O anel de suporte principal 22 também define uma formação depivô 39, que é na forma de uma borda circular que contata o anel de extre-midade 16. A operação do pivô 39 vai ser descrita abaixo.

O conjunto de suporte 18 compreende uma camada de conten-ção 40, uma primeira camada intermediária 42 e uma segunda camada in-termediária.44. A camada de contenção 40, mostrada em mais detalhes nasFiguras 5A e 5B, é formada de uma camada de folha de cobre C101 em umprocesso de formação por compressão. A camada 40 tem uma parte pesco-ço estendida 46 e uma parte afunilada 48 dotada com uma forma similar aum taça, qorrespondendo à forma côncava de superfície interna 32 do anelde suporte principal 22. As ranhuras 50 são espaçadas circunferencialmentena parte afunilada 40, para definir as folhas 52. O espaçamento das ranhu-ras 50 é selecionado para corresponder ao espaçamento das ranhuras 36,embora, quando o conjunto de suporte 18 é montado, as ranhuras são des-locadas entre si.

A parte pescoço estendida 46 tem uma seção interna 54, que édisposta entre o anel dé suporte principal 22 e o tubo de base em uso, euma seção externa 55, que é forjada para estender-se pela e em torno daparte pescoço 28 do anel de suporte principal 22, como é mostrado còmmais clareza na Figura 2. A camada de contenção 40 é, no entanto, mantidano lugar no conjunto 18 pelo anel de suporte principal 22.

Em uma concretização alternativa da invenção, mostrada na Fi-gura 6, uma camada de contenção 40' é usada. A camada intermediária 40'é similar em forma e função à camada intermediária 40, embora a parte pes-coço estendida 46 seja diferente, pelo fato de que é dotada com as ranhuras56. As ranhuras 56 facilitam o afunilamento dã parte pescoço estendida emtomo da parte pescoço 28 do anel de suporte principal 22.

A primeira camada intermediária 42, mostrada mais claramentenas Figuras 7A e 7B, é formada de uma camada de folha de cobre C101 emum processo de formação por compressão, e é disposta entre a camada in-termediária 40 e o suporte principal 22, adjacente à camada intermediária40. A camada 42 é afunilada em uma forma similar a uma taça, correspon-dendo à forma côncava da superfície interna 32 do anel de suporte principal22. As ranhuras 58 definem as folhas 60, e de novo o espaçamento das ra-nhuras 58 é selecionado para corresponder ao espaçamento das ranhuras36. Quando o conjunto de suporte 18 é montado, as ranhuras 58 são deslo-cadas com relação às ranhuras 36 e às ranhuras 50. Déssè modo, as ranhu-ras 36, 50 e 58 são defasados, de modo que fiquem fora de alinhamento, equalquer rota pelas ranhuras, de um volume interno para a parte externa doconjunto, é altamente espiralada.A segunda camada intermediária 44, mostrada com mais clarezanas Figuras 8A e 8B, é similar à camada 42 e vai ser apreciada nas Figuras7A e 7B. No entanto, a segunda camada intermediária é diferente, pelo fatode que é formada de aço inoxidável recozido. A camada 44 é disposta entrea camada 42 e a superfície interna 32 do anel de suporte principal 22. Asranhuras 62, formadas por corte com jato de água ou arame, definem as fo-lhas 64, com o mesmo espaçamento anular que aquele das ranhuras no a-nel de suporte principal 22, e as camadas 40 e 42. As ranhuras 62 são des-locadas com as ranhuras nas outras camadas, para definir uma rota alta-mente espiralada a partir do volume interno, definido pelo conjunto, a umvolume forma do anel de suporte principal·

O elemento anular elastomérico 26, mostrado isolado na Figura9, é pré-moldado de um material elastomérico expansível, que é, neste caso,igual ao material· elastomérico expansível usado para formar a manta 14. Oelemento anular 26 é disposto no e ligado ao tubo de base 12 e tem umaextremidade externa 64, que fica geralmente voltada para o conjunto de su-porte 18, e ufina extremidade interna 66, que fica geralmente voltada para amanta 14. A extremidade externa 64 tem uma forma convexa, que corres-ponde à forma côncava das camadas 40, 42, 44 e à superfície 32, e um na-riz plano 68. A extremidade interna 66 tem uma forma correspondente à for-ma da extremidade da manta 14, e, neste caso, é côncava, inclinando-separa baixo do seu DE para a sua borda mais interna 70. Os efeitos da formada extremidade interna 66 vão ser descritos em mais detalhes abaixo. O e-Iemento anular elastomérico 26, conjuntamente com a manta 14, forma umaparte expansível radialmente do obturador de furo de poço 10.

O anel energizante 24 é disposto no tubo de base 12, entre oelemento anular elastomérico 26 e o anel de suporte principal 22. O anelenergizante 24 é formado de um material que é mais duro do que o elemen-to anular elastomérico 26 e a manta 14, taj como aço. Nesta concretização,o anel energizante 24 fica imediatamente adjacente à camada de contenção40 e proporciona uma superfície de contato 72, que fica voltada para o nariz68 do elemento anular elastomérico 26. Nesta concretização* a superfície decontato 72 é plana, embora variações, tais como superfícies côncavas, con-vexas ou parcialmente cônicas estejam dentro do âmbito da invenção. Umasuperfície oposta 74 do anel 24 tem uma forma convexa, que corresponde àforma côncava das camadas 40, 42, 44 e da superfície 32. O anel 24 temuma borda de entrada 76, que se estende para o espaço definido pela partemais interna da camada 20 e do tubo de base 12. O anel 24 é axialmente móvel no tubo de base 12.

O obturador de furo de poço 10 é fabricado como se segue, comreferência às Figuras 10A a 10C dos desenhos.

O conjunto de suporte 18, consistindo do anel de suporte princi-pal 22, anel energizarite 24, elemento anular elastomérico 26 e camadas 40,42 e 44, é montado em um tubo de base 12. O elemento anular elastomérico26 é ligado ao tubo de base por um adesivo adequado. O anel de extremi-dade 16 é fixado no tubo de base por parafusos rosqueados (não mostra-dos), para refrear axialmente o conjunto de suporte 18. A borda mais interna70 do elemento anular elastomérico tem um DE igual à espessura de umafolha calandrada 80a de material elastomérico não vulcanizado, que é enro-lado e ligado ao tubo de base 12. Uma segunda folha calandrada 80b, ligei-ramente mais larga do que a primeira, de modo que se estende por umamaior extensão axial, é enrolada na primeira camada e em uma parte doelemento anular 26. A terceira camada 80c, a quarta camada 80d e as ca-madas sucessivas são formadas nas camadas anteriores, cada uma delasestendendo-se pela seção interna 66 do elemento anular 26.

Durante a disposição das camadas elastoméricas no tubo debase 12, ar, que pode ficar, de outro modo, retido entre as camadas, é capazde passar pela rota de descarga de gás 82, proporcionada entre o elementoanular 26 e as bordas das camadas de elastômero 80. As camadas sãoconstituídas sucessivamente para formar a manta 84, que é depois vulcani-zada. Uma camada final 86 de elastômero é proporcionada na manta e naparte cilíndrica do anel de suporte principal 22, como mostrado na Figura 2.

Os inventores consideraram que uma forma adequada do ele-mento anular permite que as camadas sejam dispostas seqüencialmente,com cada uma delas estendendo-se por uma maior parte do elemento anu-lar. Isto facilita a descarga de ar e dé gás entre as camadas para fora do ob-turador. É particularmente vantajoso proporcionar uma superfície côncava naseção de revestimento do elemento anular, embora uma superfície parcial-mente côncava também possa ser usada em outras concretizações. Em ou-tras variações, as camadas de elastôrnero podem ter bordas chanfradas oucurvas, para que se conformem mais estreitamente com o perfil do elementoanular.

O uso do obturador de furo de poço 10 vai ser descrito a seguircom referência às Figuras 2 e 11 dos desenhos. A Figura 2 mostra o obtura-dor em uma condição não expandida, antes da exposição a um fluido dispa-rador. O conjunto de suporte 18 está em uma posição retraída, com o DE daferramenta adequado para entrada em um local do furo de poço. A camadaexterna 86 de material expansível proporciona um revestimento de atrito in-ferior para o conjunto de suporte 18 e o protege de bater em obstruções nofuro de poço, durante a entrada, e de fluidos de alta velocidade e potencial-mente viscosos, que podem ser bombeados depois do obturador.

A Figura 11 mostra o obturador de furo de poço 10 em um localsubterrâneo em um furo de poço 90, em uma formação 92. Nesta concreti-zação, o obturador é mostrado em uma sonda de furo aberto, mas o uso emoperações de furos involucrados está dentro do âmbito da invenção. No furode poço 90, o obturador é exposto a um fluido disparador, que pode ser umfluido naturalmente presente no poço, ou pode ser um fluido injetado e/oucirculado no poço. O fluido se difunde para a manta 14 e provoca um au-mento em volume. O elemento anular elastomérico 26, também formado deum material expansível, aumenta em volume e direciona uma força radialexterna contra a parte afunilada 30 do anel dé suporte principal 22, acima doanel energizante 24 e do pivô 39 pelas camadas 40, 42 e 44. A força é sufi-ciente para pivotar e deformar o anel de suporte principal 22 acima do pivô39, abrindo as ranhuras 36 para dispor e expandir o conjunto de suporte. Demodo similar, as ranhuras nas camadas 40, 42 e 44 se abrem para permitirque as folhas sejam dispostas para acomodar a expansão dp elemento anu-lar 26. Conjuntamente, as camadas 40, 42 e 44 e o anel de suporte principal22 cobrem a extremidade da parte expansível radialmente, formada peloelemento anular 26 e a manta 14. O obturador e o conjunto de suporte seexpandem para contato com a superfície circundante do furo de poço, paracriar um selo.

Proporcionando-se uma superfície interna côncava ao conjuntode suporte, um maior volume de material expansível pode ser acomodadosabaixo do conjunto de suporte por unidade de comprimento axial do conjuntode suporte. Isto resulta em um maior volume expandido e uma disposiçãomais efetiva. Além disso, a extensão axial do conjunto de suporte pode serreduzida, comparada com aquela dos conjuntos de suporte descritos na téc-nica anterior. A forma de cuba parabólica do conjunto de suporte tambémproporciona uma transferência eficiente das forças de expansão radiais elongitudinais para o conjunto de suporte, para melhorar a disposição dele.

O conjunto de suporte 18 funciona para atenuar os efeitos dasforças no material expansível, que podem, de outro modo, afetar adversa-mente o selo. O conjunto de suporte 18 é operável para expandir pela exten-são total da seção transversal do furo de poço, e contém e suporta o obtura-dor expandido por todo o furo de poço. O conjunto de suporte 18 proporcio-na uma barreira de extrusão, atenuando ou eliminando a extrusão do mate-rial expansível, que pode, de outro modo, ser provocada pelas forças de ci-salhamento no material expansível, devido ao diferencial de pressão peloselo e/ou às forças axiais no tubo de base. As ranhuras das respectivas ca-madas são deslocadas relativamente entre si, para proporcionar uma rotaespiralada, que reduz a probabilidade de extrusão.

As forças no conjunto de suporte devidas à expansão continua-da ou as forças axiais no tubo de base tendem a dispor ainda mais o conjun-to de suporte. O movimento pivotante do anel de suporte principal 22, emtorno do pivô; 39, promove uma força compressiva pelas camadas 40, 42 e44 ao anel energizante 24, como ilustrado pela seta 94: O anel energizante24 é axialmente móvel no tubo de base, e o seu movimento transfere a forçacompressiva para o nariz 78 do elemento anular 26, como ilustrado pelassetas 96. A força compressiva é distribuída pelo elemento anular 26 e temum componente radial 90, que reforça o selo. Desse modo, as forças axiâis,devido aos diferenciais de pressão e/ou ao peso no tubo de base, tendem aser redirigidas pelo conjunto de suporte e o anel energizante, de volta paraos componentes de vedação, para energizar e reforçar o selo. A forma côn-cava e o elemento energizante são particularmente efetivos na captura dasforças longitudinais no elastômero e utilizando-as para melhorar o selo.

Um aspecto adicional do conjunto é que a parte afunilada 30pode ser deformada contra a superfície circundante do furo aberto. Por umadisposição continuada, a borda externa relativamente fina 99 da parte afuni-lada 30 é deformada, para proporcionar uma superfície de apoio, que seconforma com a superfície do furo aberto. Isto proporciona uma contençãoefetiva dô volume de material expansível.

Um obturador de furo de poço 100, tendo um conjunto de supor-te 118 de. acordo com uma concretização alternativa da invenção, é mostra-do na Figura 12. O conjunto dè suporte 118 é similar ao conjunto de suporte18, com as partes similares ilustradas por números de referência similaresincrementados por 100, e a sua operação vai ser entendida da descriçãoprecedente. O conjunto de suporte 118 é localizado em um tubo de base 12,adjacente a um anel de extremidade 16. No entanto, a configuração diferepelo fato de que o conjunto de suporte não inclui um elemento anular elas-tomérico. Em vez disso, a própria manta 114 é moldada para encaixar-sedentro do volume definido pelo conjunto de suporte 118. Esta concretizaçãoilustra que a parte expansível radialmente não precisa ser uma parte com-posta, formada de uma manta e de um elemento anular elastomérico. A ex-pansão da manta 114 provoca a disposição do conjunto de suporte 118, e oanel energizante 121 reforça o selo. As camadas intermediárias são dispos-tas entre o anel de suporte principal 122 e uma camada de contenção, masnão são mostradas rieste desenho. Uma outra diferença desta concretizaçãoé que a camada de contenção 14Õ se estende além da borda 102 da parteafunilada 130 do elemento de suporte principal 122. A camada de contenção140 é mais longa para garantir que na medida em qüe o anel de suporteprincipal se afunila para fora, as camadas de contenção forma uma bordaembandeirada no ponto 102, criando uma interface mais macia entre a borda102 do elemento de suporte 122 e o material expansível 114 adjacente.

A Figura 13 mostra um elemento anular 126 alternativo, que po-de ser usado com as concretizações da invenção. O elemento anular 126 ésimilar em forma e função ao elemento anular 26, descrito com referência àFigura 9. No entanto, o elemento anular 126 difere pelo fato de que é dotadocom uma incrustação 150 de um material elastomérico não expansível. Aincrustação 150 é na forma de um anel, localizado em torno da superfícieexterna do corpo principal 152 do material elastomérico expansível no anel.A incrustação é disposta em um rebordo 154, que é posicionado adjacente auma borda 102 do anel de suporte principal 22 ou 122 e às camadas do con-junto.

A incrustação 150 é formada de um material elastomérico nãoexpansível e, portanto, não se expande por exposição a um fluido dispara-dor. No entanto, as propriedades elastoméricas permitem que a incrustação150 seja esticada para acomodar a expansão do material elastomérico ex-pansível, formando o corpo principal 152 do anel. ^

Em virtude da incrustação 150 ser formada de Um material elas-tomérico não expansível, ela não perde as propriedades mecânicas, taiscomo dureza e cisalhamento, e tem, portanto, uma menor tendência de serextrudada pela borda 102 do anel de suporte. Isto aperfeiçoa as proprieda-des antiextrusão do conjunto.

A Figura 14 mostra um anel de suporte principal 222, de acordocom uma concretização alternativa da invenção. O anel de suporte principal222 é similar ao anel de suporte 22, e a sua operação vai ser entendida dadescrição precedente. Às partes similares são designadas por números dereferência similares, incrementados por 200. O anel de suporte 222 diferepelo fato de que é dotado com uma formação enfraquecida 224, localizadaentre o pescoço 228 e a parte afunilada 230. Nesta concretização, a forma-ção enfraquecida é localizada no pescoço 228 na junção 229, entre o pesco-ço e a parte afunilada 230.Uma função da formação enfraquecida 224 é permitir a opera-ção do conjunto de suporte em uma situação na qual o material elastoméricoexpansível não pode ser comprimido pelo elemento energizante (não mos-trado). As forças na parte afunilada 230 do material elastomérico expansívelvão tender a provocar que o anel de suporte principal 222 pivote em torno dopivô 239. Se, no entanto, o elemento energizante ficar imóvel contra o volu-me de material elastomérico, por exemplo, devido à carga dentro do materialelastomérico, o pescoço 228 do anel de suporte principal 222 não vai sercapaz de deslocar-se no tubo de base, limitando a disposição do conjunto desuporte. Tensões vão se acumular no anel de suporte principal 222 e podemficar suficientemente grandes para cisalhar o pescoço 228 da parte afunilada230, na formação enfraquecida 224. Isto permite que a parte afunilada 230seja mais disposta, sem ser limitada pela incompressibilidade do materialelastomérico. A concretização proporciona, portanto, um anel de· suporteprincipal frangível 222.

Além disso, a parte enfraquecida 224 proporciona um ponto pi-votante alternativo para disposição do anel de suporte principal, devido àsforças axiais e/ou radiais experimentada do elastômero expansível. Esta dis-posição propicia o uso do anel com diferentes estruturas de anéis de extre-midade, que pode não necessariamente proporcionar um contato adequadopara o pivô 39, como descrito com referência à Figura 11.

A Figura 15 mostra um outro anel de suporte principal 322 alter-nativo, que é similar ao anel de suporte principal 222, tendo um pescoço 328e uma parte afunilada 330. Como com a concretização da Figura 13, umaformação enfraquecida 324 é proporcionada. Ό anel de suporte principal 322difere pelo fato de que o anel pivotante, equivalente ao pivô 39, é omitido.

Desse modo, não há qualquer pivô que entre em contato corri uma parte doanel de extremidade nesta concretização. Proporcionando-se uma formaçãoenfraquecida 324 na interface 329, entre a parte pescoço e a parte afunilada,facilita-se o movimento pivotante da parte afunilada e, portanto, a disposiçãodo conjunto de suporte desta concretização.

Em virtude do pivô ser localizado na base dó anel de suporteprincipal 322, a força compressiva dirigida pelo anel de suporte principal aomaterial elastomérico é desprezível. Desse modo, esta concretização nãoproporciona qualquer efeito energizante substancial no selo, e é mais ade-quada para uso em uma concretização que omite um elemento energizantedo conjunto.

A presente invenção proporciona, em um dos seus aspectos, umconjunto de suporte para uso com obturadores de pòço ou outro aparelhosubterrâneo expansível. Uma das vantagens da invenção é a capacidade deproporcionar um selo no anel tubular de integridade de alta pressão porcomprimento unitário do elemento de expansão. Isto propicia a operação sobcondições dé alta pressão ou alto peso, ou, alternativamente, propicia umaredução no comprimento ou no número de obturadores usados em uma apli-cação particular, tendo uma pressão nominal necessária.

A invenção também permite qúe um aparelho de expansão sejausado por uma gama de parâmetros operacionais. Por exemplo, proporcio-nando-se suporte à parte de expansão, pode ser aceitável expandir o apare-lho a um maior grau. Isto facilita o uso em uma ampla gama de diâmetros defuro.

Em um aspecto, uma forma côncava de um conjunto de suportemaximiza o volume de material elastomérico abaixo do. conjunto de suporte,em uma maneira que é eficiente em termos do comprimento e do raio doconjunto. A forma também transfere eficientemente as forças do materialelastomérico para dispor o conjunto de suporte e manter o selo.

Em outro aspecto, um meio é proporcionado para energizar oselo. Um outro aspecto proporciona uma rota de gás de descarga, que per-mite que um componente elastomérico expansível seja formado.

As variações e modificações para as concretizações descritasacima podem ser feitas dentro do âmbito da invenção aqui intencionado. Porexemplo, embora nas concretizações tenham sido descritas configuraçõesparticulares de camadas, vai-se considerar que outras configurações", inclu-,indo a adição ou omissão de camadas, estão dentro do âmbito da invenção.Além disso, vai ser evidente que múltiplos volumes elastoméricos ou protu-berâncias possam ser usados com a presente invenção. Os volumes múlti-plos podem ser selecionados para que tenham diferentes características,tais como dureza ou taxas de expansão, para afetar a distribuição de forçasna parte expansível radialmente.

Os materiais usados para formar os componentes do conjuntode suporte podem ser variados de acordo com as aplicações e desempenhonecessários. Por exemplo, o conjunto pode incluir componentes formados demateriais selecionados de aços, plásticos, resinas epóxi, elastômeros ouborrachas naturais de dureza variável, ligas de alumínio, folha de flandres,cobre, latão, outros metais, KEVLAR® ou outros compósitos, fibra de carbo-no e outros. Qualquer uma de várias técnicas de fabricação adequadas podeser usada, incluindo formação por compressão e usinagem.

Combinações de aspectos diferentes daqueles reivindicadosexpressamente estão dentro do âmbito da invenção, e deve-se entender que"os aspectos de certas concretizações podem ser incorporados em outrasconcretizações específicas da invenção.

Claims

1. Aparelho subterrâneo tendo uma parte expandindo-se radial-mente, compreendendo um material elastomérico expansível, selecionadopara aumentar em volume por exposição a pelo menos uni fluido predeter-minado, e um conjunto de suporte operável para ser disposto de uma primei-ra posição retraída a uma segunda condição expandida, na qual cobre, pelomenos parcialmente, uma extremidade da parte expandindo-se radialmente,em que o conjunto de suporte compreende uma superfície interna, dispostapara ficar voltada para a parte expandindo-se radialmente, e pelo menosurna parte da superfície interna é côpcava.

2. Aparelho subterrâneo de acordo com a reivindicação 1, emque o conjunto de suporte apresenta uma forma de cuba curva para a parteexpandindo-se radialmente.

3. Aparelho subterrâneo de acordo com a reivindicação 1 ou 2,em que a superfície interna compreende uma forma parabólica.

4. Aparelho subterrâneo de acordo com qualquer uma das rei-vindicações anteriores, em que o conjunto de suporte é operável para serdisposta na sua segunda condição expandida pelas forças radiais conferidaspelo material elastomérico expansível.

5. Aparelho subterrâneo de acordo com qualquer uma dás rei-vindicações anteriores, em que o conjunto de suporte é operável para serdisposta na sua segunda condição expandida pelas forças longitudinais con-feridas pelo materiál elastomérico expansível.

6. Aparelho subterrâneo de acordo com qualquer uma das rei-vindicações anteriores, em que o conjunto de suporte se estende radial elongitudinalmente do aparelho e define um volume anular entre o corpo doaparelho e uma superfície interna do conjunto de suporte..

7. Aparelho subterrâneo de acordo com qualquer uma das rei-vindicações anteriores, em que o conjunto de suporte cobre substancialmen-te uma extremidade do elemento expandindo-se radialmente.

8. Aparelho subterrâneo de acordo com qualquer uma das rei-vindicações anteriores, em que o conjunto de suporte proporciona umabarreira de extrusão para o material elastomérico expansível.

9. Aparelho subterrâneo de acordo com qualquer uma das rei-vindicações anteriores, em que o conjunto de suporte imobiliza substancial-mente o material elastomérico expansível.

10. Aparelho subterrâneo de acordo com qualquer uma das rei-vindicações anteriores, compreendendo um primeiro volume anular de mate-rial elastomérico expansível, disposto entre o conjunto de suporte e um cor-po do aparelho, que forma pelo menos uma parte do elemento expandindo-se radialmente.

11. Aparelho subterrâneo de acordo com a reivindicação 10,compreendendo um segundo volume anular de material elastomérico expan-sível, disposto no corpo adjacente ao primeiro volume anular.

12. Aparelho subterrâneo de acordo com a reivindicação 11, emque o segundo volume anular de material elastomérico expansível formauma grande parte da manta expansível de um obturador de furo de poço,que forma uma parte do elemento expandindo-se radialmente.

13. Aparelho subterrâneo de acordo com a reivindicação 11 ou-12, em que os primeiro e segundo volumes anulares são formados seqüen-cialmente no aparelho.

14. Aparelho subterrâneo de acordo com a reivindicação 13, emque o segundo volume anular é disposto no corpo do aparelho e por pelomenos uma parte do primeiro volume anular.

15. Aparelho subterrâneo de acordo com qualquer uma das rei-vindicações de 11 a 14, em que uma interface, entre os primeiro e segundovolumes de material elastomérico expansível, é configurada para proporcio-nar uma ou mais rotas de descarga para um gás, durante a formação dosprimeiro e/ou segundo volumes anulares.

16. Aparelho subterrâneo de acordo com qualquer uma das rei-vindicações de 11 a 15, em que o primeiro ou segundo volume anular com-preende uma parte superfície inclinada.

17. Aparelho subterrâneo de acordo com a reivindicação 16, emque a parte superfície inclinada é côncava.

18. Aparelho subterrâneo de acordo com qualquer uma das rei-vindicações de 11 a 17, em que os materiais dos primeiro e segundo volu-mes anulares são selecionados para diferir em uma ou mais das seguintescaracterísticas: penetração de fluido, absorção de fluido, coeficiente de ex- -pansão, taxa de expansão, reticulação, coeficiente de alongamento, dureza,resiliência, elasticidade, resistência a tração, resistência a cisalhamento,módulo elástico ou densidade.

19. Aparelho subterrâneo de acordo com a reivindicação 18, emque o primeiro volume compreende um material elastomérico selecionadopara ser relativamente duro e/ou relativamente altamente reticulado, compa-rado a um material elastomérico do segundo volume anular.

20. Aparelho subterrâneo de acordo com qualquer uma das rei-vindicações anteriores, em que a parte expandindo-se radia|mente compre-ende uma ou mais incrustações de material selecionado, para diferir de ummaterial elastomérico expansível circundante em uma ou mais das seguintescaracterísticas: penetração de fluido, absorção de fluido, coeficiente de ex-pansão, taxa de expansão, reticulação, coeficiente de alongamento, dureza,resiliência, elasticidade, resistência a tração, resistência a cisalhamento,módulo elástico ou densidade.

21. Aparelho subterrâneo de acordo com a reivindicação 20,compreendendo uma ou mais incrustações de material não expansível.

22. Aparelho subterrâneo de acordo com a reivindicação 21., emque a uma ou mais incrustações de material não expansível são dispostasentre um volume de material elastomérico expansível e uma parte do com-:ponente de suporte principal.

23. Aparelho subterrâneo de acordo com a reivindicação 21 ou-22, em que a uma ou mais incrustações de material não expansível são lo-calizadas adjacentes a uma parte do componente de suporte principal.

24. Aparelho subterrâneo de acordo com qualquer uma das rei-vindicações de 20 a 23, em que a uma ou mais incrustações são configura-das para resistir a extrusão de um volume de material elastomérico expansí-vel, por uma parte do componente de suporte principal.

25. Aparelho subterrâneo de acordo com qualquer uma das rei-vindicações de 20 a 24, em que a uma ou mais incrustações compreendemum anel.

26. Aparelho subterrâneo de acordo com qualquer unia das rei-vindicações de 20 a 25, em que a uma ou mais incrustações compreendemum material elastomérico.

27. Aparelho subterrâneo de acordo com qualquer uma das rei-vindicações anteriores, em que o conjunto de suporte é configurado paradirigir uma força do material expansível, para reforçar ou energizar um selocriado entre a parte expandindo-se radialmente e uma superfície circundanteem uso.

28. Aparelho subterrâneo de acordo com qualquer uma das rei-vindicações anteriores, compreendendo ainda um elemento energizante,disposto entre a parte expandindo-se radialmente e um componente de su-porte principal.

29. Aparelho subterrâneo de acordo com a reivindicação 28, emque o elemento energizante transfere uma carga do elemento de suporte,para comprimir a parte expandindo-se radialmente.

30. Aparelho subterrâneo de acordo com a reivindicação 28 ou 29, em que o elemento energizante compreende uma superfície de contato,que está voltada para á parte expandindo-se radialmente.

31. Aparelho subterrâneo de acordo com qualquer uma das rei-vindicações de 28 a 30, em que o elemento energizante é um anel energi-zante móvel em um corpo do aparelho.

32. Aparelho subterrâneo de acordo com qualquer uma das rei-vindicações anteriores, em que o conjunto de suporte compreende um com-ponente de suporte principal, e ò conjunto é configurado para ser dispostona sua segunda condição expandida por movimento pivotante ou outra de-formação do componente de suporte principal.

33. Aparelho subterrâneo de acordo com qualquer uma das rei-vindicações anteriores, em que o conjunto de suporte compreende um pivô,que permite o movimento de uma parte do conjunto de suporte com relaçãoa um corpo do aparelho.

34. Aparelho subterrâneo de acordo com a reivindicação 33, emque o pivô é deslocado radialmente do corpo do aparelho, para criar um efei-to de alavanca no conjunto de suporte.

35. Aparelho subterrâneo de acordo com a reivindicação 34,quando dependente de qualquer uma das reivindicações de 28 a 31, em queo movimento de uma parte do conjunto de suporte radialmente para fora dopivô gera uma força compressiva no elemento energizante.

36. Aparelho subterrâneo de acordo com qualquer uma das rei-vindicações anteriores, em que o conjunto de suporte compreende um com-ponente de suporte principal, tendo um pescoço disposto em um corpo doaparelho, uma parte afunilada, e uma formação enfraquecida, disposta entreo pescoço e a parte afunilada.

37. Aparelho subterrâneo de acordo com a reivindicação 36, emque a formação enfraquecida cria um pivô entre o pescoço e a parte afunilada.

38. Aparelho subterrâneo de acordo.com a reivindicação 36 ou 37, em que a formação enfraquecida é configurada para permitir o cisalha-mento do pescoço da parte afunilada.

39. Aparelho subterrâneo de acordo com qualquer uma das rei-vindicações anteriores, compreendendo ainda pelo menos uma camada an-tiextrusão, disposta entre o material expansível e um componente de suporteprincipal.

40. Aparelho subterrâneo de acordo com a reivindicação 39,compreendendo ainda uma camada de contenção disposta entre o materialexpansível e a pelo menos uma camada antiextrusão.

41. Aparelho subterrâneo de acordo com a reivindicação 40, emque a camada de contenção é fixada no componente de suporte principal.

42. Aparelho subterrâneo de acordo com a reivindicação 40 ou 41 , em que a camada dè contenção circunda, pelo menos parcialmente, umpescoço do componente de suporte principal.

43. Conjunto de suporte para um parte expansível radialmente,tendo uma parte expandindo-se radialmente, em que a parte êxpandindo-seradialmente compreende um material elastomérico expansível, selecionadopara aumentar em volume por exposição a pelo menos um fluido predeter-minado, em que o conjunto de suporte é operável para ser disposto de umaprimeira posição retraída a uma segunda condição expandida, nàqual co-bre, pelo menos parcialmente, uma extremidade de uma parte expandindo-se radialmente do aparelho, em que ò conjunto de suporte compreende umasuperfície interna disposta para ficar voltada para a parte expandindo-se ra-dialmente, e pelo menos uma parte da superfície interna é côncava.