BR102015014623A2

BR102015014623A2 - INSERTS HAVING GEOMETRICALLY SEPARATED MATERIALS FOR HARNESS IN THE WELL TOOL TOOL

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Publication number: BR102015014623A2
Authority: BR
Publication date: 2017-09-12

Description

INSERTOS TENDO MATERIAIS GEOMETRICAMENTE SEPARADOS PARA CUNHAS NA FERRAMENTA DE FUNDO DE POÇOINSERTS HAVING GEOMETRICALLY SEPARATE MATERIALS FOR WEDGE IN THE WELL BACKGROUND TOOL

REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDOS CORRELATOSCROSS REFERENCE TO RELATED APPLICATIONS

[001] Este é um pedido não provisório do Pedido U.S. No. de Série 62/013.835 depositado em 18 de junho de 2014 que é incorporado integralmente ao presente documento a titulo de referência, e ao qual se reivindica a prioridade.This is a non-provisional application of U.S. Application Serial No. 62 / 013,835 filed June 18, 2014 which is incorporated in its entirety by reference herein and to which priority is claimed.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃOBACKGROUND OF THE INVENTION

[002] Cunhas são usadas para diversas ferramentas de fundo do poço, tais como tampões ponte e packers. As cunhas podem ter insertos ou botões para se agarrar à parede interna de um revestimento o tubular. Os insertos para cunhas são tipicamente fabricados de metal fundido ou forjado, que é então usinado e termicamente tratado até as especificações de engenharia adequadas de acordo com práticas convencionais.[002] Wedges are used for various downhole tools, such as bridge plugs and packers. The wedges may have inserts or buttons for clinging to the inner wall of a tubular lining. Wedge inserts are typically made of cast or forged metal, which is then machined and heat treated to appropriate engineering specifications in accordance with conventional practice.

[003] Os insertos para cunhas sobre ferramentas metálicas e não metálicas (packers, tampões, por exemplo, etc.) devem ser capazes de engatar com o revestimento para impedir o movimento das ferramentas durante a sua operação. Nas ferramentas não metálicas, tais como em tampões de compósito, os insertos podem fazer com que as cunhas não metálicas falhem quando se aplicam cargas maiores. Naturalmente, quando a cunha falha, ele desengata do revestimento. Nas ferramentas não metálicas, os insertos também precisam ser facilmente fragmentados por fresamento para auxiliar na remoção das ferramentas do furo do poço.[003] Wedge inserts on metal and non-metallic tools (packers, tampons, for example, etc.) must be capable of engaging with the liner to prevent movement of tools during operation. In non-metallic tools, such as composite plugs, inserts can cause non-metallic wedges to fail when larger loads are applied. Of course, when the wedge fails, it disengages from the lining. In non-metallic tools, the inserts also need to be easily fragmented by milling to aid in the removal of tools from the well hole.

[004] Quando insertos convencionais são usados em cunhas não metálicas eles são arranjados e orientados conforme mostrado na Figura IA, por exemplo. A cunha 20 é disposta adjacente ao mandril 10 de uma ferramenta de fundo do poço, tal como um tampão ponte, um packer ou semelhante. Conforme mostrado na Figura 1B, a cunha 20 se desloca afastando-se do mandril 10 e engata contra uma tubular circundante ou com a parede do revestimento quando a cunha 20 e um cone 12 são deslocados um na direção do outro. Ou a cunha 2 0 é empurrada contra a superfície em rampa do cone 12, ou o cone 12 é empurrado sob a cunha 20, ou ambos.When conventional inserts are used on non-metallic wedges they are arranged and oriented as shown in Figure IA, for example. The wedge 20 is disposed adjacent to the mandrel 10 of a well bottom tool, such as a bridge plug, a packer or the like. As shown in Figure 1B, the wedge 20 moves away from the mandrel 10 and engages against a surrounding tubular or with the casing wall when the wedge 20 and a cone 12 are moved towards each other. Either the wedge 20 is pushed against the ramp surface of the cone 12, or the cone 12 is pushed under the wedge 20, or both.

[005] A Figura 2A ilustra uma seção transversal lateral de uma cunha 20 tendo furos 23 de acordo com a técnica anterior para insertos (não mostrados) e a Figura 2B ilustra uma seção transversal lateral da cunha 20 com insertos 30 dispostos dentro dos furos 23. A Figura 2C ilustra uma vista dianteira da cunha 20 com os furos 23 para os insertos (não mostrados) . A cunha 20 pode ter um formato semicilíndrico. Os furos 23 na superfície da cunha 20 podem constituir um conjunto de bolsos cegos. Os insertos são pinos de ancoragem que se carregam dentro de furos 23 e podem ser mantidos com um encaixe por pressão ou com adesivo.Figure 2A illustrates a side cross section of a wedge 20 having holes 23 according to the prior art for inserts (not shown) and Figure 2B illustrates a side cross section of wedge 20 with inserts 30 disposed within holes 23 Figure 2C illustrates a front view of wedge 20 with holes 23 for inserts (not shown). Wedge 20 may have a semi-cylindrical shape. The holes 23 in the surface of the wedge 20 may constitute a set of blind pockets. The inserts are anchor pins that carry into holes 23 and can be held with a snap fit or adhesive.

[006] Exemplos de ferramentas de fundo do poço com cunhas e insertos tais como os citados acima são divulgados nas patentes Ü.S. Nos. 5.984.007, 6.976.543 e 8.047.279. Outros exemplos incluem tampões de compósito Halliburton Obsidian® e Fas Drill® Fusion e tampões de fracionamento hidráulico Boss Hog. (OBSIDIAN e FAS DRILL são marcas registradas de Halliburton Energy Services, Inc.).Examples of wedge bottom inserts and inserts such as those cited above are disclosed in U.S. patents. We. 5,984,007, 6,976,543 and 8,047,279. Other examples include Halliburton Obsidian® and Fas Drill® Fusion composite plugs and Boss Hog hydraulic fractionation plugs. (OBSIDIAN and FAS DRILL are registered trademarks of Halliburton Energy Services, Inc.).

[007] Um tipo especial de ferramenta de fundo do poço tendo cunhas é um tampão de fracionamento de compósito usado em operações de perfuração e fracionamento. Durante as operações, os tampões de compósito precisam ser perfurados para cima em um periodo o mais curto possível e sem nenhum problema de perfuração ascendente. Os tampões de compósito convencionais utilizam cunhas metálicas do tipo trançado que são compostas de ferro fundido. Estas cunhas metálicas aumentam o teor metálico do tampão e podem causar problemas durante a perfuração ascendente em poços horizontais, especialmente quando é usada tubulação em bobina durante a operação de fresagem.[007] A special type of downhole tool having wedges is a composite fractionation plug used in drilling and fractionation operations. During operations, the composite plugs need to be drilled upwards in as short a time as possible and without any upward drilling problems. Conventional composite plugs utilize twisted type metal wedges that are composed of cast iron. These metal wedges increase the metal content of the plug and can cause problems during uphole drilling in horizontal wells, especially when coiled tubing is used during the milling operation.

[008] Devido aos inconvenientes com as cunhas de ferro fundido, são usadas, de preferência, cunhas de compósito com ínsertos, tais como as descritas acima, para reduzir os problemas associados com cunhas metálicas. Infelizmente uma grande quantidade de resíduos metálicos pode continuar a se acumular no calcanhar do poço e causar problemas de perfuração ascendente quando as cunhas de compósito com insertos são usadas nas ferramentas. Quando são usadas as cunhas de compósito, por exemplo, os insertos são tipicamente compostos de carboneto, que é um material denso e pesado. Em outros desenvolvimentos, é conhecido o uso de uma cunha de compósito tendo um inserto composto de cerâmica e um inserto composto de um compósito metálico cerâmico, tal como descrito na patente U.S. No. 6.976.534.Due to the drawbacks with cast iron wedges, composite-inert wedges such as those described above are preferably used to reduce the problems associated with metal wedges. Unfortunately a large amount of metal debris can continue to accumulate on the heel of the well and cause upward drilling problems when insert composite wedges are used in the tools. When using composite wedges, for example, the inserts are typically composed of carbide, which is a dense and heavy material. In other developments, it is known to use a composite wedge having a ceramic composite insert and an insert composed of a ceramic metal composite as described in U.S. Patent No. 6,976,534.

[009] Em qualquer caso em que as ferramentas de fundo do poço que tem cunhas com insertos de carboneto que são fresadas para fora do revestimento, os insertos têm a tendência de se acumular no revestimento e dificilmente flutuam de volta para a superfície. Na verdade, em poços horizontais, os insertos de carboneto têm a tendência de se acumular no calcanhar da seção horizontal e de causar problemas potenciais para as operações. Dado o fato de que um poço pode ter mais de quarenta ou cinquenta tampões ponte usados durante operações que são mais tarde fresados fora, pode ficar no revestimento um número considerável de insertos de carboneto que serão difíceis de serem removidos de fundo do poço. Além disso, os botões não metálicos usados para engatar no revestimento podem ter a tendência de se quebrar devido às cargas aplicadas a eles durante o processo de assentamento. Isto leva a uma perda de integridade estrutural e a uma incapacidade do tampão ponte de conservar consistentemente a sua posição no poço.In any case where wellbore tools that have carbide insert wedges that are milled out of the casing, the inserts have a tendency to accumulate in the casing and hardly float back to the surface. In fact, in horizontal wells, carbide inserts have a tendency to accumulate on the heel of the horizontal section and cause potential problems for operations. Given the fact that a well may have more than forty or fifty bridge plugs used during operations that are later milled off, a considerable number of carbide inserts may remain in the casing that will be difficult to remove from the bottom of the well. In addition, non-metallic buttons used to engage the liner may have a tendency to break due to the loads applied to them during the laying process. This leads to a loss of structural integrity and an inability of the bridge plug to consistently retain its position in the well.

[010] O objeto da presente invenção é voltado para superar, ou pelo menos, reduzir os efeitos de um ou mais dos problemas apresentados acima.[010] The object of the present invention is directed to overcoming, or at least reducing the effects of one or more of the problems presented above.

SUMÁRIO DA INVENÇÃOSUMMARY OF THE INVENTION

[011] Um aparelho ou ferramenta de fundo de poço, tal como um tampão ponte de compósito usado durante uma operação de fraturamento ou de perfuração, instala em uma tubular no fundo do poço, tal como um revestimento. A ferramenta pode ter um mandril com um elemento de vedação disposto sobre ele. O elemento de vedação pode ser compressível para engatar com a tubular de fundo de poço quando a ferramenta é ativada por uma unidade de cabo de aço ou semelhante.[011] A downhole apparatus or tool, such as a composite bridge plug used during a fracturing or drilling operation, installs in a downhole tubing, such as a sheath. The tool may have a mandrel with a sealing member disposed thereon. The sealing member may be compressible to engage with the downhole tubular when the tool is activated by a wire rope unit or the like.

[012] Uma cunha é disposta na ferramenta e é deslocável em relação à ferramenta para engatar na tubular no fundo do poço. A cunha pode ter um ou mais corpos de cunha, segmentos, ou elementos dispostos ao redor do mandril. Os segmentos podem ser dispostos ao redor da feramente, por exemplo, e podem consistir em segmentos individuais ou integrados, embora possam ser empregados outros arranjos para a cunha. A cunha pode ser composta por um material não metálico, tal como um plástico, um fenólico moldado, um compósito, um compósito laminado não metálico, uma resina polimérica epoxídica com um reforço de fibra de vidro, um polietileno de peso molecular ultra-alto (UHMW), um politetrafluoretileno (PTFE) etc.[012] A wedge is disposed in the tool and is displaceable relative to the tool to engage the tubular at the bottom of the well. The wedge may have one or more wedge bodies, segments, or elements arranged around the mandrel. The segments may be arranged around the tool, for example, and may consist of individual or integrated segments, although other arrangements for the wedge may be employed. The wedge may be composed of a non-metallic material such as a plastic, a molded phenolic, a composite, a non-metallic laminate composite, a glass fiber reinforced epoxy polymeric resin, an ultra high molecular weight polyethylene ( UHMW), a polytetrafluoroethylene (PTFE), etc.

[013] Uma ou mais das cunhas tem um ou mais insertos compostos de pelo menos dois mais materiais que podem ser iguais ou não. Os materiais são diferentes entre si e estão separados geometricamente um do outro. Um material, por exemplo, pode ser cerâmico, e o outro pode ser metálico, um não metálico ou um material compósito. Em um outro exemplo, um material pode ser alumínio ou um outro metal, e o outro material pode ser carboneto de tungstênio.One or more of the wedges have one or more inserts composed of at least two more materials which may or may not be the same. The materials are different from each other and are geometrically separated from each other. One material, for example, may be ceramic, and the other may be metallic, non-metallic or composite material. In another example, one material may be aluminum or another metal, and the other material may be tungsten carbide.

[014] Para se obter uma separação geométrica entre eles, os pelo menos dois materiais podem ser dispostos em configurações geométricas diferentes sobre o inserto, incluindo camadas, núcleos centrais interposto, invólucros externos dispostos, elementos distribuídos, e semelhantes. Embora os insertos tenham sido principalmente descritos no presente documento como incluindo dois materiais, reivindica-se que os insertos possam ser constituídos por mais de dois materiais nas configurações geométricas descritas no presente documento.To obtain a geometric separation between them, the at least two materials may be arranged in different geometric configurations on the insert, including layers, interposed central cores, arranged outer shells, distributed elements, and the like. Although the inserts have been primarily described herein as including two materials, it is claimed that the inserts may consist of more than two materials in the geometric configurations described herein.

[015] O material cerâmico para os insertos da cunha pode ser alumina, zircônia ou cermet. O uso do material cerâmico pode reduzir o teor metálico geral da ferramenta e pode facilitar a fresagem da ferramenta da tubular de fundo de poço depois do uso. O material metálico para os insertos pode usar um ferro fundido, um carboneto, um cermet (isto é, compósitos compostos de materiais cerâmicos e metálicos), um metal em pó, ou uma combinação deles. Um dos materiais do inserto, ou os dois, podem também consistir em um material dissolvivel destinado a se dissolver ou degradas durante um período de tempo em resposta a um disparo, a condições no poço, ou semelhantes.[015] The ceramic material for the wedge inserts may be alumina, zirconia or cermet. The use of ceramic material may reduce the overall metal content of the tool and may facilitate tool milling of the downhole tubular after use. The metallic material for the inserts may use a cast iron, a carbide, a cermet (i.e. composites composed of ceramic and metallic materials), a powdered metal, or a combination thereof. One or both of the insert materials may also consist of a dissolvable material intended to dissolve or degrade over a period of time in response to a firing, well conditions, or the like.

[016] Os diversos arranjos observados no presente documento podem ser intercambiados e combinados entre si de acordo com os ensinamentos da presente invenção. Adicionalmente, a cunha pode ser um corpo ou segmento individual, um anel unitário, um de uma multiplicidade de segmentos independentes de um conjunto de cunha, ou um de uma multiplicidade de segmentos integrados de um conjunto de cunha. Em uma implementação, a cunha pode compreender pelo menos dois materiais que são diferentes entre si e estão geometricamente separados um do outro.[016] The various arrangements observed herein may be interchanged and combined in accordance with the teachings of the present invention. Additionally, the wedge may be an individual body or segment, a unitary ring, one of a plurality of independent segments of a wedge assembly, or one of a plurality of integrated segments of a wedge assembly. In one implementation, the wedge may comprise at least two materials which are different from each other and are geometrically separated from each other.

[017] Embora seja adequado para uma ferramenta de fundo de poço, tal como um tampão de fraturamento discutido acima, os ensinamentos da presente invenção pode se aplicar a qualquer um de uma série de ferramentas de fundo de poço para engatar com uma tubular de fundo de poço.Although suitable for a downhole tool, such as a fracturing plug discussed above, the teachings of the present invention can apply to any of a series of downhole tools for engaging with a bottom tubular. Well

[018] O sumário acima não se destina a resumir cada modalidade potencial ou todo e qualquer aspecto da presente invenção.[018] The above summary is not intended to summarize each potential embodiment or any and all aspects of the present invention.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOSBRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS

[019] A Figura IA ilustra insertos usados em uma cunha não metálica de acordo com a técnica anterior.[019] Figure 1A illustrates inserts used in a non-metallic wedge according to the prior art.

[020] A Figura 1B ilustra a cunha da Figura IA durante o uso.[1] Figure 1B illustrates the wedge of Figure 1A during use.

[021] A Figura 2A ilustra uma seção transversal lateral de uma cunha que tem furos para insertos de acordo com a técnica anterior.Figure 2A illustrates a side cross section of a wedge having insert holes according to the prior art.

[022] A Figura 2B ilustra uma seção transversal lateral da cunha com insertos dispostos nos furos.[2] Figure 2B illustrates a lateral cross section of the wedge with inserts disposed in the holes.

[023] A Figura 2C ilustra uma vista dianteira da cunha com os furos para os insertos.Figure 2C illustrates a front view of the wedge with the holes for the inserts.

[024] A Figura 3 ilustra uma ferramenta de fundo de poço em uma seção transversal parcial tendo conjuntos de cunha de acordo com a presente invenção.[024] Figure 3 illustrates a downhole tool in a partial cross section having wedge assemblies in accordance with the present invention.

[025] A Figura 4 ilustra uma vista em seção transversal de uma cunha que tem um primeiro tipo de inserto de cunha.Figure 4 illustrates a cross-sectional view of a wedge having a first type of wedge insert.

[026] A Figura 5 ilustra um conjunto de cunha tendo segmentos parcialmente interconectados.Figure 5 illustrates a wedge assembly having partially interconnected segments.

[027] As Figuras 6A-6C ilustram vistas em planta de cima, em seção transversal e em perspectiva de uma configuração do inserto de cunha.Figures 6A-6C illustrate top, cross-sectional and perspective plan views of a wedge insert configuration.

[028] As Figuras 7A-7C ilustram vistas em planta de cima, em seção transversal e em perspectiva de uma outra configuração de um inserto de cunha.Figures 7A-7C illustrate top, cross-sectional and perspective plan views of another embodiment of a wedge insert.

[029] As Figuras 8A a 10B ilustram vistas em perspectiva, em seção transversal de configurações de insertos de cunha de acordo com a presente invenção.Figures 8A to 10B illustrate perspective cross-sectional views of wedge insert configurations according to the present invention.

[030] A Figura 11 ilustra uma vista em perspectiva, em seção transversal de uma outra configuração interna de um inserto de cunha de acordo com a presente invenção.Figure 11 illustrates a perspective cross-sectional view of another internal configuration of a wedge insert in accordance with the present invention.

[031] As Figuras 12A-12C ilustram vistas em seção transversal de um segmento de cunha de acordo com a presente invenção.Figures 12A-12C illustrate cross-sectional views of a wedge segment in accordance with the present invention.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃODETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

[032] A Figura 3 ilustra uma ferramenta de fundo de poço 100 em seção transversal parcial tendo conjuntos de cunha 110U, 110D de acordo com a presente invenção. A ferramenta de fundo de poço 100 pode ser um tampão ponte conforme mostrado, mas podería ser um packer, um suspensor de liner, um dispositivo de ancoragem ou outra ferramenta de fundo de poço que utiliza um conjunto de cunha para engatar com uma tubular no fundo do poço, tal como um revestimento.Figure 3 illustrates a partial bottom section wellbore 100 having wedge assemblies 110U, 110D in accordance with the present invention. The downhole tool 100 may be a bridge cap as shown, but could be a packer, liner hanger, anchor device, or other downhole tool that uses a wedge assembly to engage a tubular in the bottom. well, such as a coating.

[033] A ferramenta 100 tem um mandril 102 tendo os conjuntos de cunha 110U e 110D e anéis de suporte 140 dispostos dos dois lados de um elemento de vedação 150. Fora dos cones inclinados 112, os conjuntos de cunha 110U e 110D têm cunhas 120. Em conjunto, as cunhas 120 juntamente com os cones 112 podem ser denominadas conjuntos de cunha, ou em outros casos pode se referir às cunhas 120 como conjuntos de cunha. Qualquer que for o caso, as duas referências podem ser usadas de modo intercambiável em todo o presente documento. Assim, a referência a uma cunha no presente documento não se destina a se referir somente a um corpo, segmento ou elemento de cunha, embora possa ser. Em vez disso, a referência à cunha pode se referir além de somente estas conotações. Conforme mostrado no presente documento, os conjuntos de cunha 110U, 110D podem ter os mesmos tipos de cunhas 120, mas poderíam ser usados outros arranj os.Tool 100 has a mandrel 102 having wedge assemblies 110U and 110D and support rings 140 disposed on both sides of a sealing member 150. Outside the inclined cones 112, wedge assemblies 110U and 110D have wedges 120 Together, the wedges 120 together with the cones 112 may be termed wedge assemblies, or in other cases may refer to wedges 120 as wedge assemblies. Whatever the case may be, the two references may be used interchangeably throughout this document. Thus, reference to a wedge in this document is not intended to refer to only one wedge body, segment or element, although it may be. Instead, the reference to the wedge may refer beyond just these connotations. As shown herein, wedge assemblies 110U, 110D may have the same types of wedges 120, but other arrangements could be used.

[034] Como um tampão ponte, a ferramenta 100 é composta, de preferência, principalmente de componentes não metálicos de acordo com procedimentos e detalhes conforme descritos, por exemplo, na patente U.S. No. 7.124.831, que é integralmente incorporada ao presente documento a titulo de referência. Isto torna a ferramenta 100 fácil de ser extraída por fresamento depois do uso.As a bridge plug, tool 100 is preferably comprised primarily of non-metallic components according to procedures and details as described, for example, in US Patent No. 7,124,831, which is incorporated in its entirety herein. by way of reference. This makes the tool 100 easy to extract by milling after use.

[035] Quando empregada no fundo do poço, a ferramenta 100 é ativada por uma ferramenta de assentamento de cabo de aço (não mostrado) que usa técnicas convencionais de tração contra o mandril 102, empurrando simultaneamente os componentes superiores contra os conjuntos de cunha 110U, 110D. Como resultado, as cunhas 120 dos conjuntos de cunha 110U, 110D sobem pelos cones 112, os cones 112 se deslocam ao longo do mandril 102 um na direção do outro, e o elemento de vedação 150 se comprime e se estende para fora para engatar com uma parede de revestimento circundante. Os elementos de suporte 140 controlam a extrusão do elemento de vedação 150. No processo, as cunhas 120 nos conjuntos 110U, 110D são empurradas para fora engatando com a parede do revestimento (não mostrado) mantendo ambos a ferramenta 100 em seu lugar no revestimento e contendo o elemento de vedação 150.[035] When employed at the bottom of the well, tool 100 is activated by a wire rope laying tool (not shown) using conventional traction techniques against mandrel 102 while simultaneously pushing upper components against wedge assemblies 110U. 110D. As a result, the wedges 120 of the wedge assemblies 110U, 110D rise through the cones 112, the cones 112 travel along the mandrel 102 towards each other, and the sealing member 150 compresses and extends outwardly to engage with each other. a surrounding cladding wall. Support elements 140 control extrusion of sealing member 150. In the process, wedges 120 in assemblies 110U, 110D are pushed outwardly engaging the liner wall (not shown) with both tool 100 in place in the liner and containing sealing member 150.

[036] A força usada para assentar a ferramenta 100 pode ser da ordem de 30.000 lbf (13.607,77 kgf) e podería atingir o nível de 85.000 lbf (38.555,35 kgf). Estes valores são somente destinados a serem exemplares e poderíam variar, dependendo das dimensões da ferramenta 100. Em todo caso, a ferramenta ajustada 100 isola as porções superior e inferior do revestimento de modo que o fraturamento ou as outras operações possam ser completados poço acima da ferramenta 100, ao passo que a pressão é mantida em locais de poço abaixo. Quando usada durante as operações de fraturamento, a ferramenta 100 pode, por exemplo, isolar uma pressão de 10.000 psi (68.947,57 kPa) ou aproximadamente.[036] The force used to seat tool 100 can be of the order of 30,000 lbf (13,607.77 kgf) and could reach the level of 85,000 lbf (38,555.35 kgf). These values are for exemplary purposes only and could vary depending on tool dimensions 100. In any case, the adjusted tool 100 isolates the top and bottom portions of the casing so that fracturing or other operations can be completed well above 100 while the pressure is maintained at well locations below. When used during fracturing operations, tool 100 may, for example, isolate a pressure of 10,000 psi (68,947.57 kPa) or approximately.

[037] Conforme será observado, qualquer deslizamento ou liberação da ferramenta 100 poderá comprometer as operações. Portanto, as cunhas 120 precisam estar suficientemente agarradas ao interior do revestimento. Os insertos 130 nas cunhas 120 engatam com o revestimento.[037] As will be noted, any sliding or releasing of tool 100 may compromise operations. Therefore, the wedges 120 must be sufficiently grasped within the liner. The inserts 130 in the wedges 120 engage the liner.

[038] Simultaneamente, no entanto, a ferramenta 100 e a maior parte dos seus componentes são, de preferência, compostas de materiais fresáveis, pois a ferramenta 100 é extraída do revestimento por fresamento, depois de terminadas as operações, conforme já observado. Pode ser usado um número de cinquenta tais ferramentas 100 em um poço e elas devem ser extraídas por fresamento no fim das operações. Portanto, tendo-se ferramentas confiáveis 100 compostas inteiramente de material fresável é especialmente interessante para os operadores. Para tal fim, os conjuntos de cunha 110U, 110D da presente invenção são especialmente adequados para ferramentas 100, tais como tampões ponte, packers e outras ferramentas de fundo de poço e para os desafios que eles representam.At the same time, however, the tool 100 and most of its components are preferably composed of millable materials, as the tool 100 is extracted from the milling coating after completion of operations as already noted. A number of fifty such tools 100 can be used in a well and they must be milled at the end of operations. Therefore having reliable tools 100 composed entirely of millable material is especially interesting for operators. To this end, the wedge assemblies 110U, 110D of the present invention are especially suitable for tools 100, such as bridge plugs, packers and other downhole tools and for the challenges they pose.

[039] Conforme mostrado na Figura 4, um tipo de cunha 120 para os conjuntos 110 tem um corpo de cunha ou segmento 122 tendo um ou mais insertos ou botões 130 individuais dispostos em seu interior. O segmento 122 pode ser um de diversos usados em um conjunto de cunha. 0 segmento 122 pode ser um componente de cunha independente mantido ao redor do mandril da ferramenta como na Figura 3 com outros segmentos de cunha e sustentado por correias.As shown in Figure 4, a wedge type 120 for assemblies 110 has a wedge body or segment 122 having one or more individual inserts or buttons 130 disposed therein. Segment 122 may be one of several used in a wedge assembly. Segment 122 may be an independent wedge member held around the tool mandrel as in Figure 3 with other wedge segments and supported by belts.

[040] Em geral o segmento 122 tem uma inclinação 124 para subir em um cone ou em um outro componente da ferramenta de fundo de poço. Sulcos 126 para as correias podem ser previstos na superfície externa, dependendo do modo como o segmento 122 é preso à ferramenta de fundo de poço. Em geral, o segmento 122 na Figura 4 pode ter qualquer número de insertos 130 dispostos em uma ou mais carreiras e/ou uma ou mais colunas na superfície superior. Podem ser usadas duas carreiras de insertos 130, por exemplo, tendo cada uma delas o mesmo número de colunas. Alternatívamente, podem ser usadas duas carreiras, mas uma carreira pode ter duas colunas ao passo que outra terá uma coluna. Estas e outras configurações podem ser usadas conforme será observado.[040] In general, segment 122 has an inclination 124 to rise in a cone or other component of the deep end tool. Grooves 126 for belts may be provided on the outer surface, depending on how segment 122 is secured to the downhole tool. In general, segment 122 in Figure 4 may have any number of inserts 130 arranged in one or more rows and / or one or more columns on the upper surface. Two rows of inserts 130 may be used, for example, each having the same number of columns. Alternatively, two careers may be used, but one career may have two columns while another will have one column. These and other settings can be used as will be noted.

[041] Em uma disposição, os insertos 130 podem ser de mesmo tamanho e podem ser dispostos em furos 123 de tamanhos equivalentes no segmento de cunha 122. Em um outro arranjo, a profundidade dos furos 123 pode variar de segmento para segmento ou de um conjunto de cunha para outro. Portanto, um ou mais insertos 130 pode ser mais longo do que os demais. Adicionalmente a altura dos insertos 130 pode ser igual no segmento de cunha 122 dado depois de instalado, mas a profundidade dos furos 123 pode variar. Isto pode reduz a tensão ao redor do inserto 130 no material de base. Outros arranjos podem ter os insertos 130 a alturas diferentes e a diferentes profundidades em relação ao segmento de cunha 122.In one arrangement, the inserts 130 may be of the same size and may be arranged in holes 123 of equivalent size in the wedge segment 122. In another arrangement, the depth of the holes 123 may vary from segment to segment or from one to another. wedge set to another. Therefore, one or more inserts 130 may be longer than the others. Additionally, the height of the inserts 130 may be the same in the wedge segment 122 given after installation, but the depth of the holes 123 may vary. This may reduce the stress around the insert 130 in the base material. Other arrangements may have inserts 130 at different heights and at different depths relative to the wedge segment 122.

[042] Nos dois casos, o corpo de cunha 122 pode compreender um de diversos segmentos independentes de um conjunto de cunha, tal como nos conjuntos 110U, 110D mostrados na Figura 3. Conforme mostrado na Figura 3, cada corpo ou segmento 122 pode ter o mesmo arranjo e o mesmo número de insertos 130, embora possam ser usados diferentes arranjos. Adicionalmente, cada segmento 122 pode ser composto dos mesmos materiais ou de materiais diferentes dos materiais dos outros segmentos 122, e cada inserto 130 em um segmento 122 dado pode ser composto pelos mesmos materiais ou de materiais diferentes dos materiais dos outros insertos 130. Em outros arranjos tais como os mostrados na Figura 5, o corpo de cunha 122 pode ser um anel unitário ou pode ser um anel parcialmente integrado, conforme descrito no presente documento. Além disso, conforme mostrado, o anel unitário do corpo de cunha 122 pode incluir elementos 121, tais como rupturas, divisões, escarificações, fendas ou semelhantes, para facilitar a expansão do corpo de cunha 122 quando empurrado contra o cone 112.In both cases, the wedge body 122 may comprise one of several independent segments of a wedge assembly, as in the assemblies 110U, 110D shown in Figure 3. As shown in Figure 3, each body or segment 122 may have same arrangement and number of inserts 130, although different arrangements may be used. Additionally, each segment 122 may be composed of the same or different materials than the materials of the other segments 122, and each insert 130 in a given segment 122 may be composed of the same or different materials than the materials of the other inserts 130. In other In arrangements such as those shown in Figure 5, the wedge body 122 may be a unitary ring or may be a partially integrated ring as described herein. In addition, as shown, the wedge body unit ring 122 may include elements 121, such as ruptures, splits, scarifications, slits or the like, to facilitate expansion of the wedge body 122 when pushed against the cone 112.

[043] Em geral, o corpo de cunha 122 é composto por um primeiro material e o um ou mais insertos 130 são compostos por segundos materiais expostos na superfície externa do corpo. 0 primeiro material do corpo de cunha 122 pode geralmente ser metal, compósito, ou semelhante. É preferível que o corpo de cunha 122 seja composto por um material fresável, tal como um plástico, um material não metálico, um fenólico moldado, um compósito não metálico laminado, uma resina polimérica epoxídica com reforço de fibra de vidro, um polietileno de peso molecular ultra-alto (UHMW), um politetrafluoretileno (PTFE) etc.In general, the wedge body 122 is composed of a first material and the one or more inserts 130 are composed of second materials exposed on the outer surface of the body. The first wedge body material 122 may generally be metal, composite, or the like. It is preferred that the wedge body 122 is comprised of a millable material, such as a plastic, a nonmetallic material, a molded phenolic, a laminated nonmetallic composite, a glass fiber reinforced epoxy polymeric resin, a weight polyethylene ultra-high molecular weight (UHMW), polytetrafluoroethylene (PTFE) etc.

[044] Conforme será descrito mais detalhadamente abaixo, os insertos 130 da presente invenção têm configurações internas de pelo menos dois materiais que estão geometricamente separados um do outro, tendo uma multiplicidade de camadas, componentes, elementos ou semelhantes. Os materiais usados para os insertos 130 podem incluir em geral materiais metálicos ou não metálicos. Os insertos 130 podem ser compostos, por exemplo, de um carboneto, um material metálico, um ferro fundido, um compósito, uma cerâmica, um cermet (isto é, compósitos compostos por materiais cerâmicos e metálicos), um metal em pó, ou semelhantes. Adicionalmente, os insertos 130 têm, de preferência, uma dureza suficiente que pode ser uma dureza equivalente a pelo menos aproximadamente 50-60 Rc. O metal em pó usado pode incluir um material metálico de aço em pó endurecido por sinterização, embora possam ser usados outros tipos de metais em pó, tais como materiais de aço de alto teor de carbono, ferro, aço. 0 material cerâmico do inserto 130 pode ser reforçado com metal ou com compósitos de matriz metálica (MMC).As will be described in more detail below, the inserts 130 of the present invention have internal configurations of at least two materials which are geometrically separated from one another, having a plurality of layers, components, elements or the like. Materials used for inserts 130 may generally include metallic or non-metallic materials. The inserts 130 may be composed of, for example, a carbide, a metal material, a cast iron, a composite, a ceramic, a cermet (i.e. composites composed of ceramic and metallic materials), a powdered metal, or the like. . Additionally, the inserts 130 preferably have a sufficient hardness which may be a hardness equivalent to at least about 50-60 Rc. The metal powder used may include a sinter hardened metal powder steel material, although other types of metal powder may be used, such as high carbon steel materials, iron, steel. The ceramic material of insert 130 may be reinforced with metal or metal matrix composites (MMC).

[045] Adicionalmente, os materiais usados para os insertos 130 podem consistir em um material dissolvível que se dissolve durante um período de tempo em resposta a um disparo, uma condição no poço ou semelhante. 0 material dissolvível pode ser usado para todos os materiais do inserto 130 ou para um ou mais elementos das configurações do inserto (camadas, componentes, elementos, por exemplo, ou semelhantes), conforme será descrito abaixo. Mesmo se somente uma porção do inserto 130 for dissolvível, então o inserto 130 será reduzido a um tamanho de um pequeno botão depois do uso e haverá uma quantidade menor de material deixado dentro do poço.Additionally, materials used for inserts 130 may consist of a dissolvable material that dissolves over a period of time in response to a firing, a condition in the well or the like. The dissolvable material may be used for all insert materials 130 or for one or more elements of insert configurations (layers, components, elements, for example, or the like) as will be described below. Even if only a portion of insert 130 is dissolvable, then insert 130 will be reduced to a small button size after use and there will be less material left in the well.

[046] Como um exemplo de uso de um material dissolvível, os insertos 130 de cunha para o conjunto de cunha superior 110U da Figura 3 podem usar um material dissolvível, pois o cunha superior 110U pode ser usada príncípalmente para reter o elemento de vedação 150 durante o assentamento. Portanto, os insertos 130 da cunha superior podem ser fabricados pelo menos usando parcialmente um material dissolvível para reduzir a quantidade de teor metálico durante a fresamento depois de completada uma operação de fraturamento. Na verdade, mesmo as cunhas 120 do conjunto superior 110U podem ser fabricados pelo menos parcíalmente usando-se um material dissolvível na configuração geométrica das cunhas 120.[046] As an example of using a dissolvable material, the wedge inserts 130 for the upper wedge assembly 110U of Figure 3 may use a dissolvable material, as the upper wedge 110U may primarily be used to retain the sealing member 150. during the settlement. Therefore, upper wedge inserts 130 may be fabricated at least partially using a dissolvable material to reduce the amount of metal content during milling after a fracturing operation is completed. In fact, even the wedges 120 of the upper assembly 110U can be manufactured at least sparingly using a dissolvable material in the wedge geometric configuration 120.

[047] O formato dos insertos 130 pode ser igual para todos ou pode ser diferente de um para o outro. Em geral, os insertos 130 podem ser cilíndricos conforme mostrado na Figura 4 ou podem ter outros formatos. O inserto 130 pode, por exemplo, ter diferentes formatos geométricos, tais como os descritos no pedido de patente U.S. No. 14/039,032, depositado em 27 de setembro de 2013, que é integralmente incorporado ao presente documento a título de referência.[047] The shape of the inserts 130 may be the same for everyone or may differ from one another. In general, the inserts 130 may be cylindrical as shown in Figure 4 or may have other shapes. Insert 130 may, for example, have different geometric shapes, such as those described in U.S. Patent Application No. 14 / 039,032, filed September 27, 2013, which is incorporated herein by reference in its entirety.

[048] As Figuras 6A a 7C, por exemplo, mostram exemplos de formatos geométricos adequados para o inserto 130. As Figuras 6A-6C mostram vistas em planta de cima, em seção transversal e em perspectiva de um formato cilíndrico para um inserto 130 da presente invenção. O inserto 130 com um formato geralmente cilíndrico pode ter um diâmetro de aproximadamente 0,3150 polegadas (0,8001 cm), conforme mostrado na extremidade superior 132 da Figura 5A. A altura total H1 pode ser de aproximadamente 0,375 polegada (0,9525 cm) . Estas e outras dimensões discutidas no presente documento são somente dadas para fornecer valores exemplares.Figures 6A-7C, for example, show examples of geometric shapes suitable for insert 130. Figures 6A-6C show top, cross-sectional and perspective views of a cylindrical shape for an insert 130 of present invention. The generally cylindrically shaped insert 130 may have a diameter of approximately 0.3150 inches as shown at the upper end 132 of Figure 5A. The total height H1 can be approximately 0.375 inches. These and other dimensions discussed herein are only given to provide exemplary values.

[049] As Figuras 7A-7C mostram vistas em planta de cima, em seção transversal, e em perspectiva de uma outra configuração para o inserto 130 para a presente invenção. Este inserto 130 é também em geral cilíndrico com um diâmetro de 0,375 polegada (0,9525 cm), conforme mostrado na Figura 7A. O inserto 130 tem um altura geral H2 de aproximadamente 0,423 polegada (1,07442 cm). A extremidade superior 132 do inserto 130, no entanto é tem pontas. Os lados dianteiro e traseiro da extremidade superior podem ser em ângulo de 45 graus. Outras configurações possíveis para o inserto 130 são descrito no pedido de patente U.S. No. 14/039.032 incorporado ao presente documento. Na verdade os insertos 130 podem ter outros formatos diferentes de botões cilíndricos e podem em vez disso ter o formato de uma tira alongada, tal como uma tira trançada, ou ter outros formatos, conforme descrito no pedido de patente U.S. No. 14/039.032 já incorporado.Figures 7A-7C show top, cross-sectional, and perspective plan views of another embodiment for insert 130 for the present invention. This insert 130 is also generally cylindrical with a diameter of 0.375 inch (0.9525 cm) as shown in Figure 7A. Insert 130 has an overall H2 height of approximately .423 inch (1.07442 cm). The upper end 132 of insert 130, however, is spiked. The front and rear sides of the upper end can be angled at 45 degrees. Other possible configurations for insert 130 are described in U.S. Patent Application No. 14 / 039,032 incorporated herein. In fact the inserts 130 may have other shapes than cylindrical buttons and may instead have the shape of an elongated strip, such as a braided strip, or have other shapes as described in US patent application No. 14 / 039,032 already incorporated.

[050] Para se obter resultados consistentes e não se degradar a integridade mecânica, os insertos 130 da presente invenção têm configurações internas dos materiais que estão geometricamente separados entre si, tendo uma multiplicidade de camadas, componentes, elementos ou semelhantes. Mais especificamente, os insertos 130 ilustrados até agora nas Figuras 3 a 7C têm um camada de núcleo interna envolvida por uma camada externa. As Figuras 8A a 11 ilustram vistas em perspectiva, em seção transversal das configurações internas dos insertos 130 de cunha de acordo com a presente invenção.[050] To obtain consistent results and not to degrade mechanical integrity, the inserts 130 of the present invention have internal configurations of materials that are geometrically separated from one another, having a plurality of layers, components, elements or the like. More specifically, the inserts 130 illustrated thus far in Figures 3 to 7C have an inner core layer surrounded by an outer layer. Figures 8A through 11 illustrate perspective cross-sectional views of the internal configurations of the wedge inserts 130 according to the present invention.

[051] 0 inserto 130, por exemplo, pode ser composto principalmente por uma cerâmica e pode então ter uma ou mais camadas metálicas, não metálicas ou compósitas interpostas em seu interior e/ou dispostas ao redor dele. As camadas podem ser usadas como uma couraça para proteger o inserto 130 durante o processo de assentamento. A Figura 8A mostra, por exemplo, o inserto 130 tendo um núcleo 140 composto por um primeiro material evolvido por uma couraça externa 142 composta por um segundo material. Na Figura 8B, é usado o mesmo formato geométrico, mas o primeiro e o segundo materiais são invertidos. Embora sejam mostrados somente dois materiais diferentes nesta modalidade (assim como em qualquer outra modalidade descrita no presente documento), deve ser observado com o beneficio da presente invenção que, pelo menos dois materiais podem ser usados, de modo que modalidades adicionais podem incluir mais de dois materiais de acordo com os ensinamentos da presente invenção.Insert 130, for example, may be composed primarily of a ceramic and may then have one or more metallic, non-metallic or composite layers interposed therein and / or disposed thereon. The layers may be used as a breastplate to protect the insert 130 during the laying process. Figure 8A shows, for example, insert 130 having a core 140 composed of a first material surrounded by an outer armor 142 composed of a second material. In Figure 8B, the same geometric shape is used, but the first and second materials are inverted. Although only two different materials are shown in this embodiment (as in any other embodiment described herein), it should be noted with the benefit of the present invention that at least two materials may be used, so that additional embodiments may include more than one material. two materials in accordance with the teachings of the present invention.

[052] No arranjo da Figura 8A, por exemplo, o núcleo 140 pode ser composto de um material cerâmico disposto na couraça externa 142 composto por um material metálico, um não metálico ou um compósito. A Figura 8B é o inverso disso. Em uma outra opção, o núcleo 140 pode ser composto por um metal em pó, e a couraça 142 pode ser composta de um metal diferente ou de um carboneto de tungstênio. Alternativamente, o núcleo 140 pode ser carboneto de tungstênio e a couraça 142 pode ser composta por um material diferente. Estas e outras variações podem ser usadas.In the arrangement of Figure 8A, for example, the core 140 may be composed of a ceramic material disposed in the outer armor 142 composed of a metallic, a nonmetallic or a composite material. Figure 8B is the reverse of this. In another option, the core 140 may be composed of a powdered metal, and the armor 142 may be composed of a different metal or a tungsten carbide. Alternatively, the core 140 may be tungsten carbide and the armor 142 may be composed of a different material. These and other variations can be used.

[053] Conforme mostrado na Figura 9A, o inserto 130 inclui um núcleo 140 composto por um primeiro material que tem uma camada superior 144 de um segundo material disposto sobre ele. Esta camada superior 144 pode consistir em um material metálico, um não metálico ou um compósito disposto sobre o núcleo 140, e a camada superior 144 pode ser usada como uma couraça para proteger o núcleo 140 durante o processo de assentamento. Como um exemplo, o núcleo 140 pode ser composto de uma cerâmica, ao passo que a camada superior 144 é composta de um carboneto de tungstênio. Como um outro exemplo, o núcleo 140 pode ser composto de um metal, ao passo que a camada superior 144 é composta de um carboneto de tungstênio. Pode também ser usado um arranjo inverso dos materiais para a camada 144 e o núcleo 140.As shown in Figure 9A, insert 130 includes a core 140 composed of a first material having an upper layer 144 of a second material disposed thereon. This topsheet 144 may consist of a metallic, non-metallic or composite material disposed on the core 140, and the topsheet 144 may be used as a harness to protect the core 140 during the laying process. As an example, core 140 may be composed of a ceramic, while topsheet 144 is composed of a tungsten carbide. As another example, core 140 may be composed of a metal, while topsheet 144 is composed of a tungsten carbide. An inverse arrangement of materials for layer 144 and core 140 may also be used.

[054] As Figuras 9B-1 e 9B-2 mostram uma variação sobre isto quando o inserto 130 novamente tem um núcleo 140 e uma camada superior ou ponta 144. O núcleo 140 pode ser composto por um metal tal como um "metal mais leve" tal como alumínio, ao passo que a ponta 144 pode ser composta por carboneto de tungstênio ou semelhante. Nas Figuras 9C-1 e 9C-2, uma outra variação do inserto 130 tem um núcleo 140 e uma ponta externa 146. Novamente, o núcleo 140 pode ser composto de um metal e a ponta externa 14 6 pode ser composta de carboneto de tungstênio. Com o benefício da presente invenção, pode ser observado que poderão ser usadas outras variações dos materiais.Figures 9B-1 and 9B-2 show a variation on this when insert 130 again has a core 140 and an upper layer or tip 144. Core 140 may be composed of a metal such as a "lighter metal". "such as aluminum, while tip 144 may be composed of tungsten carbide or the like. In Figures 9C-1 and 9C-2, another variation of insert 130 has a core 140 and an outer tip 146. Again, the core 140 may be composed of a metal and the outer tip 146 may be composed of tungsten carbide. . With the benefit of the present invention, it may be appreciated that other variations of materials may be used.

[055] Em um outro arranjo da Figura 10A, o inserto 130 tem uma multiplicidade de camadas alternantes 145a-b de um material cerâmico e um material metálico, um não metálico ou um compósito disposto ortogonalmente ao eixo Z do inserto 130. Este arranjo pode aumentar a dureza do inserto. Alternativamente, conforme mostrado na Figura 10B, o inserto 130 tem uma multiplicidade de camadas alternantes 145a-b de um material cerâmico e um material metálico, um não metálico ou um compósito disposto paralelamente ao eixo A do inserto 130. Em uma outra alternativa, as camadas 145a-b podem ser dispostas formando outros ângulos em relação ao eixo A do inserto 130.In another arrangement of Figure 10A, insert 130 has a plurality of alternating layers 145a-b of a ceramic material and a metallic, non-metallic or composite material orthogonally disposed to the Z axis of insert 130. This arrangement may be increase the hardness of the insert. Alternatively, as shown in Figure 10B, insert 130 has a plurality of alternating layers 145a-b of a ceramic material and a metallic, non-metallic or composite material disposed parallel to axis A of insert 130. In another alternative, the layers 145a-b may be arranged at other angles to the axis A of insert 130.

[056] A Figura 11 ilustra uma vista em perspectiva em seção transversal de uma outra configuração interna de um inserto 130 de cunha de acordo com a presente invenção. Nesta configuração, os elementos 148 (esferas, flocos, cacos, por exemplo) de material metálico, não metálico ou compósito são distribuídos em um núcleo 142 composto por um outro material (cerâmica, por exemplo) durante o processo de fabricação para incorporar dureza e mitigar a propagação de fraturas no material cerâmico durante o processo de assentamento e carregamento. Os elementos 148 podem ser substancialmente consistentes entre si em tamanho e formato e podem ser distribuídos uniformemente, embora possam ser usadas variações.[056] Figure 11 illustrates a cross-sectional perspective view of another internal configuration of a wedge insert 130 according to the present invention. In this configuration, elements 148 (spheres, flakes, shards, for example) of metallic, non-metallic or composite material are distributed in a core 142 composed of another material (ceramic, for example) during the manufacturing process to incorporate hardness and mitigate the propagation of fractures in the ceramic material during the laying and loading process. Elements 148 may be substantially consistent in size and shape and may be evenly distributed, although variations may be used.

[057] Embora não seja explicitamente ilustrado, poderá ser observado, com o benefício da presente invenção, que os insertos 130 de acordo com a presente invenção podem usar diversas combinações dos arranjos descritos acima. Por este motivo, o uso de camadas, de elementos centrais interpostos, elementos dispostos externamente, elementos distribuídos e semelhantes descritos acima podem ser combinados entre si para formar configurações adicionais adequadas para os insertos 130 da presente invenção. Além disso, os insertos 130 em qualquer número usados em uma cunha podem ter a mesma configuração ou ter configurações diferentes.Although not explicitly illustrated, it will be appreciated, for the benefit of the present invention, that the inserts 130 according to the present invention may use various combinations of the arrangements described above. For this reason, the use of layers, interposed central elements, externally disposed elements, distributed elements and the like described above may be combined together to form additional configurations suitable for the inserts 130 of the present invention. In addition, inserts 130 in any number used in a wedge may have the same or different configurations.

[058] Não são somente Os insertos 130 que podem se beneficiar com os arranjos descritos no presente documento. Na verdade a cunha 120 em que são usados os insertos 130 pode ter arranjos comparáveis de camadas, de elementos centrais interpostos, elementos dispostos externamente, elementos distribuídos e semelhantes descritos acima. A título de exemplo, as Figuras 12A-12B ilustram vistas em seção transversal de uma cunha 120 de acordo com a presente invenção tendo insertos 130.[058] It is not only the inserts 130 that can benefit from the arrangements described herein. Indeed, the wedge 120 in which the inserts 130 are used may have comparable arrangements of layers, interposed central elements, externally disposed elements, distributed elements and the like described above. By way of example, Figures 12A-12B illustrate cross-sectional views of a wedge 120 according to the present invention having inserts 130.

[059] Nestas modalidades, o corpo 122 da cunha 120 é composto de diferentes materiais. O corpo 122 na Figura 12A, por exemplo, tem uma combinação de primeira e segunda camadas 126, 128 empilhados um sobre o outro ao longo do comprimento do corpo 122. Uma destas camadas 126 pode ser composta de um material cerâmico, ao passo que as demais camadas 128 podem ser compostas por um segundo material (metálico, não metálico, ou compósito, por exemplo). Outras variações de material podem ser usadas.In these embodiments, the body 122 of the wedge 120 is composed of different materials. Body 122 in Figure 12A, for example, has a combination of first and second layers 126, 128 stacked on top of each other along the length of body 122. One of these layers 126 may be composed of a ceramic material, whereas the The remaining layers 128 may be composed of a second material (metallic, non-metallic, or composite, for example). Other material variations may be used.

[060] Conforme mostrado na Figura 12A, o corpo de cunha 122 pode ser composto principalmente do material cerâmico das primeiras camadas 126 e o segundo material (metálico, não metálico ou compósito, por exemplo) disposto nas segundas camadas 128 pode estar disperso no corpo de cunha 122. As camadas 126, 128 pode se estender ao longo do eixo ou do plano do corpo de cunha 122, embora possam ser usados outros arranjos.As shown in Figure 12A, the wedge body 122 may be composed primarily of the ceramic material of the first layers 126 and the second material (metallic, non-metallic or composite, for example) disposed in the second layers 128 may be dispersed in the body. 122. 128 may extend along the axis or plane of the wedge body 122, although other arrangements may be used.

[061] Por outro lado, o corpo de cunha 122 na Figura 12Β pode ser composto principalmente de um núcleo 125 de um primeiro material, tal como um material cerâmico. Uma cobertura externa 127 de um segundo material (metálico, não metálico ou compósito, por exemplo) pode ser disposta em uma camada (pelo menos parcialmente) ao redor do núcleo 125. Podem ser usadas outras variações do material.On the other hand, the wedge body 122 in Figure 12Β may be composed mainly of a core 125 of a first material, such as a ceramic material. An outer cover 127 of a second material (metallic, non-metallic or composite, for example) may be arranged in a layer (at least partially) around core 125. Other variations of the material may be used.

[062] Continuando de acordo com as modalidades dos insertos, o corpo de cunha 122 conforme mostrado na Figura 12C pode ter um arranjo comparável de primeiro e segundo materiais ao do inserto na Figura 11. Mais exatamente, os elementos 129 (esferas, flocos, cacos, por exemplo) de um primeiro material são distribuídos em um núcleo 125 composto por um outro material durante o processo de fabricação para incorporar uma dureza e para mitigar a propagação de fraturas no material de núcleo durante o processo de assentamento e carregamento. Os elementos 129 podem ser substancialmente consistentes entre si em tamanho e formato e podem ser distribuídos uniformemente, embora possam ser usadas variações.Continuing according to the embodiments of the inserts, the wedge body 122 as shown in Figure 12C may have a comparable arrangement of first and second materials to that of the insert in Figure 11. More precisely, elements 129 (spheres, flakes, Shards, for example) of a first material are distributed in a core 125 composed of another material during the manufacturing process to incorporate a hardness and to mitigate the propagation of fractures in the core material during the laying and loading process. Elements 129 may be substantially consistent in size and shape and may be evenly distributed, although variations may be used.

[063] A cunha 120 com estes arranjos pode suportar cargas maiores do que as cunhas de compósito convencionais, embora a cerâmica no material venha a auxiliar na fragmentação da cunha 120 durante uma operação de extração por fresamento, depois de terminada a operação de fraturamento. As cunhas 120 pode também ter outras configurações e orientações, tais como as descritas no pedido de patente U.S. No. 14/039,032 incorporada ao presente documento.The wedge 120 with these arrangements can withstand larger loads than conventional composite wedges, although ceramic in the material will assist in the fragmentation of the wedge 120 during a milling operation after the fracturing operation is completed. Wedges 120 may also have other configurations and orientations, such as those described in U.S. Patent Application No. 14 / 039,032 incorporated herein.

[064] A fabricação dos insertos 130 e/ou das cunhas 120 com os pelo menos dois materiais conforme descrito no presente documento depende em parte dos tipos de materiais que estiverem sendo usados. Poderá ser observado que uma ligação adequada entre os materiais é necessária em alguns dos arranjos, tais como camadas, extremidades, pontas etc. Ao todo, a ligação de um dos materiais ao outro dos materiais descrita no presente documento pode usar técnicas de fabricação de compósitos. A ligação entre superfícies dos materiais nos arranjos pode envolver, por exemplo, uma ou mais de preparação das superfícies, aplicação de adesivo, a cura do adesivo e a aplicação de pressão. A moldagem dos materiais nos arranjos geométricos pode também ser usada, dependendo dos materiais envolvidos, tal como para elementos engastados em um material de núcleo. Brasagem, soldagem e semelhantes podem b ser usadas entre os materiais dos arranjos, tal como entre camadas, núcleo e couraça envolvente etc. A fabricação dos insertos 130 e/ou das cunhas 120 com os pelo menos dois materiais pode b envolver o encaixe por pressão dos materiais dos arranjos entre si.[064] The manufacture of inserts 130 and / or wedges 120 with at least two materials as described herein depends in part on the types of materials being used. It will be appreciated that proper bonding between materials is required in some of the arrangements, such as layers, ends, tips etc. In all, bonding one of the materials to the other of the materials described herein may use composite fabrication techniques. Surface bonding of materials in the arrangements may involve, for example, one or more surface preparation, adhesive application, adhesive curing, and pressure application. Molding of materials in geometric arrangements can also be used, depending on the materials involved, such as for elements set into a core material. Brazing, welding and the like can be used between the arrangement materials, such as between layers, core and surrounding armor etc. Fabrication of inserts 130 and / or wedges 120 with at least two materials may involve snapping the materials of the arrangements together.

[065] As modalidades da presente invenção podem ser caracterizadas do seguinte modo. Um aparelho de fundo de poço para engate em uma tubular no fundo de poço compreende pelo menos uma cunha disposta no aparelho e sendo deslocável em relação ao aparelho na direção da tubular no fundo de poço. Pelo menos um inserto é disposto na pelo menos uma cunha e é adaptado para engatar com a tubular no fundo de poço. O pelo menos um inserto é, pelo menos, composto do primeiro e do segundo materiais, sendo eles diferentes entre si e estando geometricamente separados um do outro.[065] The embodiments of the present invention may be characterized as follows. A downhole apparatus for engaging a downhole tubular comprises at least one wedge disposed in the apparatus and being displaceable relative to the apparatus towards the downhole tubular. At least one insert is disposed in the at least one wedge and is adapted to engage with the tubular in the downhole. The at least one insert is at least composed of the first and second materials, being different from each other and being geometrically separated from each other.

[066] A pelo menos uma cunha pode compreende um corpo de cunha composto de um material não metálico, e o material não metálico compreende um plástico, uma resina fenólica moldada, um compósito não metálico laminado, um polímero de resina epoxídica com um reforço de ira de vidro, um polietileno de peso molecular ultra-alto (UHMW), um politetrafluoretileno (PTFE), ou uma combinação deles. A pelo menos uma cunha pode compreender uma multiplicidade de segmento dispostos ao redor do aparelho, tal como ao redor do mandril do aparelho.The at least one wedge may comprise a wedge body composed of a non-metallic material, and the non-metallic material comprises a plastic, a molded phenolic resin, a laminated non-metallic composite, an epoxy resin polymer with a reinforcement of glass, an ultra-high molecular weight polyethylene (UHMW), a polytetrafluoroethylene (PTFE), or a combination thereof. The at least one wedge may comprise a plurality of segments arranged around the apparatus, such as around the apparatus mandrel.

[067] O primeiro material pode compreender um material cerâmico que pode ser alumina, zircônia o cermet. O segundo material pode compreender um material metálico, um não metálico ou um compósito que pode ser um ferro fundido, um carboneto, um material compósito metálico-cerâmico, um cermet, um metal em pó, ou uma combinação deles.[067] The first material may comprise a ceramic material which may be alumina, zirconia or cermet. The second material may comprise a metallic, non-metallic or composite material which may be a cast iron, a carbide, a ceramic metal composite material, a cermet, a powdered metal, or a combination thereof.

[068] O aparelho pode ter um mandril que tem a pelo menos uma cunha disposta nele e pode ter um elemento de vedação disposto sobre o mandril e sendo compressível para engatar com a tubular no fundo do poço.[068] The apparatus may have a mandrel having at least one wedge disposed thereon and may have a sealing member disposed over the mandrel and being compressible to engage with the tubular at the bottom of the well.

[069] Em uma modalidade, o primeiro material do pelo menos um inserto compreende um núcleo e o segundo material do pelo menos um inserto compreende uma bainha disposta ao redor de uma parte externa do núcleo. Em uma outra modalidade, o primeiro material do pelo menos um inserto compreende um núcleo e o segundo material do pelo menos um inserto compreende uma camada disposta em uma extremidade do núcleo. Em uma outra modalidade, o primeiro material do pelo menos um inserto compreende primeiras camadas e o segundo material do pelo menos um inserto compreende segundas camadas interpostas entre as primeiras camadas. A primeira e a segunda camadas podem ser dispostas formando um ângulo em relação a um eixo do pelo menos um inserto. 0 ângulo pode ou ser ortogonal ou paralelo, por exemplo, ao eixo do pelo menos um inserto. Em uma outra modalidade, o primeiro material do pelo menos um inserto compreende um núcleo e o segundo material do pelo menos um inserto compreende elementos distribuídos no núcleo.[069] In one embodiment, the first material of the at least one insert comprises a core and the second material of the at least one insert comprises a sheath arranged around an outer part of the core. In another embodiment, the first material of the at least one insert comprises a core and the second material of the at least one insert comprises a layer disposed at one end of the core. In another embodiment, the first material of the at least one insert comprises first layers and the second material of the at least one insert comprises second layers interposed between the first layers. The first and second layers may be arranged at an angle to an axis of at least one insert. The angle may either be orthogonal or parallel to, for example, the axis of the at least one insert. In another embodiment, the first material of the at least one insert comprises a core and the second material of the at least one insert comprises elements distributed in the core.

[070] Modalidades adicionais do presente invenção podem ser caracterizadas do seguinte modo. Um aparelho de fundo de poço para engatar com uma tubular de fundo de poço compreende pelo menos uma cunha disposta no aparelho e sendo deslocável em relação ao aparelho na direção da tubular de fundo de poço. A pelo menos uma cunha é pelo menos composta por um primeiro e um segundo materiais, sendo eles diferentes entre si e estando geometricamente separados um do outro. Pelo menos um inserto é disposto na pelo menos uma cunha e é adaptado para engatar com a tubular de fundo de poço. Este pelo menos um inserto pode também ser composto por terceiro e quarto materiais que são diferentes um do outro.Additional embodiments of the present invention may be characterized as follows. A downhole apparatus for engaging with a downhole tubular comprises at least one wedge disposed in the apparatus and being movable relative to the apparatus towards the downhole tubular. The at least one wedge is at least composed of a first and a second material, being different from each other and being geometrically separated from each other. At least one insert is disposed in the at least one wedge and is adapted to engage with the downhole tubular. This at least one insert may also be composed of third and fourth materials that are different from each other.

[071] A descrição acima de modalidades preferidas e de outras não se destina a limitar ou a restringir o âmbito ou a aplicabilidade das idéias inventivas concebidas pelos Requerentes. Poderá ser observado, com o benefício da presente invenção, que podem ser utilizadas as características descritas acima de acordo com qualquer modalidade ou aspecto do objeto divulgado, tanto individualmente como em combinação com qualquer outra característica descrita em qualquer outra modalidade ou aspecto do objeto divulgado.[071] The above description of preferred embodiments and others is not intended to limit or restrict the scope or applicability of inventive ideas devised by Applicants. It will be appreciated, for the benefit of the present invention, that the features described above may be used in accordance with any embodiment or aspect of the disclosed object, either individually or in combination with any other feature described in any other embodiment or aspect of the disclosed object.

[072] Em troca da divulgação das idéias inventivas contidas no presente documento, os Requerentes desejam obter todos os direitos de patente concedidos pelas reivindicações apensas. Portanto, pretende-se que as reivindicações apensas incluam todas as modificações a alterações na medida em que incidam dentro do âmbito das reivindicações que seguem ou dos seus equivalentes.[072] In exchange for the disclosure of the inventive ideas contained herein, Applicants wish to obtain all patent rights granted by the appended claims. Therefore, it is intended that the appended claims include all modifications to changes to the extent that they fall within the scope of the following claims or their equivalents.

REIVINDICAÇÕES

Claims

1. Wellhead apparatus for engaging with a wellhead tubular, characterized in that it comprises: at least one wedge disposed over the apparatus and movable relative to the apparatus; and at least one insert disposed in the at least one wedge and adapted for engaging with the wellbore tubular, the at least one insert being composed of at least one first and second materials, the first and second materials being different between themselves and being geometrically separated from each other.

Apparatus according to claim 1, characterized in that the at least one wedge may comprise a wedge body composed of a non-metallic material.

Apparatus according to claim 2, characterized in that the non-metallic material comprises a plastic, a molded phenolic resin, a laminated non-metallic composite, an epoxy resin polymer with a fiberglass reinforcement, a polyethylene. ultra-high molecular weight (UHMW), polytetrafluoroethylene (PTFE), or a combination thereof.

Apparatus according to claim 1, characterized in that the at least one wedge may comprise a plurality of segments arranged around the apparatus.

Apparatus according to claim 1, characterized in that the first material comprises a ceramic material.

Apparatus according to claim 5, characterized in that the ceramic material comprises alumina, zirconia or cermet.

Apparatus according to claim 5, characterized in that the second material may comprise a metallic, a non-metallic or a composite material.

Apparatus according to claim 7, characterized in that the second material comprises a cast iron, a carbide, a metal-ceramic composite material, a cermet, a metal powder, or a combination thereof.

Apparatus according to claim 1, characterized in that at least one of the first and second material comprises a dissolvable material.

Apparatus according to claim 1, characterized in that it comprises: a mandrel having at least one wedge disposed thereon; and a cone disposed in the mandrel, adjacent to at least one wedge, the cone and at least one wedge being movable relative to one another and moving at least one wedge towards the downhole tubular.

Apparatus according to claim 10, characterized in that it comprises a sealing member disposed in the mandrel and being compressible to engage with the downhole tubular.

Apparatus according to claim 1, characterized in that the first material of the at least one insert comprises a core of the at least one insert having an outer surface, and the second material of the at least one insert comprises a disposed sheath. around at least a portion of the outer core.

Apparatus according to claim 1, characterized in that the first material of the at least one insert comprises a core of the at least one insert having one end and the second material of the at least one insert comprises a layer disposed on the end of the core.

Apparatus according to claim 1, characterized in that the first material of the at least one insert comprises first layers of the at least one insert and that the second material of the at least one insert comprises second layers interposed between each other. the first layers of at least one insert.

Apparatus according to Claim 14, characterized in that the first and second layers are arranged at an angle with an axis of at least one insert.

Apparatus according to claim 15, characterized in that the angle is orthogonal or parallel to the axis of the at least one insert.

Apparatus according to claim 1, characterized in that the first material of the at least one insert comprises a core of the at least one insert and that the second material of the at least one insert comprises internally distributed elements. from the core.

18. Downhole apparatus for engaging with a downhole tubular, characterized in that it comprises: at least one wedge disposed on the apparatus and being displaceable with respect to the apparatus, the at least one wedge comprising first and second materials, the first and second materials being different from each other and being geometrically separated from each other; and at least one insert disposed over the at least one wedge and being adapted to engage with the downhole tubular.

Apparatus according to claim 18, characterized in that the at least one insert is comprised of at least one third and a fourth material, the third and fourth material being different from each other and being geometrically separated from each other. .

Apparatus according to claim 18, characterized in that the at least one wedge may comprise a plurality of segments arranged around the apparatus.

Apparatus according to claim 18, characterized in that the first material comprises a ceramic material.

Apparatus according to claim 21, characterized in that the ceramic material comprises alumina, zirconia or cermet.

Apparatus according to claim 21, characterized in that the second material may comprise a metallic, non-metallic or composite material.

Apparatus according to claim 23, characterized in that the second material comprises a cast iron, a carbide, a metal-ceramic composite material, a cermet, a metal powder or a combination thereof.

Apparatus according to claim 18, characterized in that the first material comprises a core of the at least one wedge having an outer surface and the fact that the second material of the at least one wedge comprises a sheath arranged around it. at least a portion of the outer core.

Apparatus according to claim 18, characterized in that the first material comprises first layers of at least one wedge, and that the second material of at least one wedge comprises second layers interposed between the first layers of the at least one wedge.

Apparatus according to claim 26, characterized in that the first and second layers are arranged at an angle with an axis of at least one wedge.