BR0110509B1

BR0110509B1 - conjunto vedador.

Info

Publication number: BR0110509B1
Application number: BRPI0110509-4A
Authority: BR
Inventors: Edward James Cargill
Priority date: 2000-05-02
Filing date: 2001-04-18
Publication date: 2010-02-23
Also published as: ATE434142T1; EP1278976A1; BR0110509A; AU2001252080B2; US7651100B2; EP2163795A3; US20040155411A1; NO20025243D0; NO20025243L; EP1278976B1; MXPA02010774A; EP2163795A2; EP2163795B1; ATE556257T1; AU5208001A; DE60139006D1; NO329708B1; WO2001084023A1

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "CONJUNTO VEDADOR".

Campo Técnico

Um conjunto vedador para limitar a quantidade de movimento oudistorção experimentada por um elemento vedador que é mantido por umalojamento do vedador.

Fundamentos da Invenção

Em um conjunto vedador típico, um elemento vedador é mantidopor um alojamento do vedador. O elemento vedador proporciona uma su-perfície de vedação que em serviço pode ser exposta a uma varieda-de de forças que agem no vedador que tendem a mover ou distorcer o ele-mento vedador. Esse movimento ou distorção pode resultar no vedador fa-lhando na execução como planejada permitindo o vazamento atravésdo vedador ou permitindo que meios abrasivos fiquem embutidos na su-perfície de vedação, assim causando o desgaste prematuro do elementovedador.

As forças que agem no vedador podem ser causadas por umdiferencial de pressão através do elemento vedador, em cujo caso a superfí-cie de vedação tenderá a mover ou distorcer lateralmente dentro do aloja-mento do vedador de modo que a força de vedação exercida pela superfíciede vedação contra seu componente contíguo é reduzida ou de modo que oelemento vedador é "levantado" para fora do alojamento do vedador pelofluido que passa sob pressão entre o elemento vedador e o alojamento dovedador. Esses efeitos tornam-se mais problemáticos onde existe uma pres-são diferencial alta constante ou transitória através do vedador.

Pode ser possível anular esses efeitos usando molas ou outrosdispositivos de propensão para produzir a força de vedação adicional paramanter a superfície de vedação engatada com ambos o componente contí-guo e com o alojamento do vedador. Infelizmente, entretanto, a força neces-sária na mola aumenta com as pressões exercidas em ambos os lados dovedador e com a pressão diferencial através do vedador. Se a força da molaé muito alta, a quantidade de deformação e compressão do elemento veda-dor causada pela força da mola pode, por si própria, resultar na falha doelemento vedador em funcionar como planejado.

Onde o vedador é um vedador dinâmico, as forças podem tam-bém resultar do movimento de componentes associados com o vedador oudo movimento relativo entre a superfície de vedação e componentes queencostam na superfície de vedação. Se o vedador dinâmico proporcionauma vedação entre componentes que se movem axialmente em relação umao outro, então o elemento vedador pode tender a se mover axialmente de-vido ao atrito na mesma direção como o componente que encosta na super-fície de vedação. Se o vedador dinâmico proporciona uma vedação entrecomponentes que giram em relação um ao outro, então o elemento vedadorpode tender a girar devido ao atrito na mesma direção como o componenteque encosta na superfície de vedação.

A despeito de se o movimento ou distorção do elemento vedadoré causado pela pressão diferencial ou movimento relativo dos componentes,este pode ser controlado produzindo uma ou mais forças de engate entre oelemento vedador e o alojamento do vedador durante o serviço, o que repri-me o elemento vedador contra o movimento no alojamento do vedador.

A força ou forças de engate entre o elemento vedador e o aloja-mento do vedador durante o serviço podem ser obtidas permanentementefixando o elemento vedador no alojamento do vedador pela colagem ou deoutra forma conectando o elemento vedador com o alojamento do vedador.Infelizmente, essa opção pode resultar em maiores custos de fabricaçãocomplicando o projeto do vedador e pode também aumentar a dificuldade desubstituição dos elementos vedadores quando estes ficam gastos.

Existe portanto uma necessidade por um conjunto vedador noqual o movimento ou distorção do elemento vedador possa ser limitado pro-duzindo-se uma ou mais forças de engate entre o elemento vedador e oalojamento do vedador durante o serviço sem permanentemente fixar o ele-mento vedador no alojamento do vedador e sem contar exclusivamente commolas ou outros mecanismos externos para produzir uma força de engateeficaz.Sumário da Invenção

A presente invenção é um aperfeiçoamento em um conjunto ve-dador do tipo que compreende um elemento vedador e um alojamento dovedador, cujo conjunto vedador é útil para limitar o movimento do elementovedador no alojamento do vedador. O conjunto vedador aperfeiçoado limita omovimento do elemento vedador no alojamento do vedador produzindo umaou mais forças de engate entre o elemento vedador e o alojamento do veda-dor durante o serviço sem ter que permanentemente fixar o elemento veda-dor no alojamento do vedador.

O conjunto vedador deriva a força de engate entre o elementovedador e o alojamento do vedador da pressão que pode ser exercida noelemento vedador durante o serviço, cuja força de engate por sua vez re-sulta em uma força de atrito que serve para reprimir o movimento do ele-mento vedador no alojamento do vedador. A força de engate é produzidareduzindo-se a extensão até a qual o fluido pressurizado pode ficar presentepor todas as interfaces entre o elemento vedador e o alojamento do vedador.

A presença do fluido pressurizado por todas as interfaces entre oelemento vedador e o alojamento do vedador é reduzida propiciando-se queum entre o elemento vedador e o alojamento do vedador seja compreendidode um material compressível e proporcionando-se um ou mais vãos entre asuperfície de engate do vedador no elemento vedador e a superfície de en-gate do alojamento no alojamento do vedador.

Esse vão proporciona um espaço isolado para dentro do qual omaterial compressível do elemento vedador ou alojamento do vedador podeser pressionado sob a influência da pressão que age no elemento vedadorde modo a produzir a força de engate entre o elemento vedador e o aloja-mento do vedador. Uma vantagem da invenção é que a magnitude da forçade engate aumenta quando a pressão que age no elemento vedador au-menta.

Em um aspecto preferido, a invenção é um aperfeiçoamento emum conjunto vedador que compreende um elemento vedador mantido porum alojamento do vedador, onde um entre o elemento vedador e o aloja-mento do vedador é compreendido de um material compressível, onde oelemento vedador é compreendido de uma superfície de engate de vedaçãoe onde o alojamento do vedador é compreendido de uma superfície de en-gate de alojamento para engatar a superfície de engate do vedador, o aper-feiçoamento que compreende pelo menos uma entre a superfície de engatedo vedador e a superfície de engate do alojamento definindo uma depressãopara produzir um vão isolado entre a superfície de engate do vedador e asuperfície de engate do alojamento.

Qualquer um entre o elemento vedador ou o alojamento do ve-dador pode ser compreendido de um material compressível. Por exemplo, oconjunto vedador pode ser compreendido de um elemento vedador com-pressível mantido por um alojamento do vedador rígido ou o conjunto veda-dor pode ser compreendido de um elemento vedador rígido mantido por umalojamento do vedador compressível. Na modalidade preferida o conjuntovedador é compreendido de um elemento vedador compressível mantido porum alojamento do vedador rígido.

O material compressível pode ser compreendido de um materialcompressível não resiliente que não retorna para sua forma original quandoa pressão é removida dele, embora o uso de materiais compressíveis nãoresilientes possa necessitar de substituição do elemento vedador compres-sível ou do elemento do alojamento compressível, conforme o caso, cadavez que o conjunto vedador é exposto a um ciclo de pressurização e des-pressurização. De preferência, o material compressível é portanto compre-endido de um material compressível resiliente que pode ser reutilizado se-guinte à descompressão.

A depressão pode ser definida pela superfície de engate do ve-dador, a superfície de engate do alojamento ou por ambas a superfície deengate do vedador e a superfície de engate do alojamento. De preferência, adepressão não é definida por uma superfície que é compreendida de ummaterial compressível de modo a limitar qualquer efeito de distorção na de-pressão que possa ser causada pela pressão entre a superfície de engatedo vedador e a superfície de engate do alojamento. Na modalidade preferidaonde o elemento vedador é compreendido de um material compressível, adepressão é preferível mente definida pela superfície de engate do aloja-mento.

O conjunto vedador pode ser um conjunto vedador estático ouum conjunto vedador dinâmico. Na modalidade preferida, o conjunto vedadoré um conjunto vedador dinâmico no qual um componente tal como um eixorotativo encosta em uma superfície de vedação do elemento vedador.

Cada um entre o elemento vedador e o alojamento do vedadorpode ser compreendido de uma ou mais superfícies de engate. Tipicamente,o conjunto vedador proporcionará uma pluralidade de superfícies de engatedo vedador que engatam uma pluralidade de superfícies de engate do alo-jamento de modo que o elemento vedador é mantido pelo alojamento do ve-dador. Alguns ou todos os pares de superfícies de engate podem ser orien-tados em planos diferentes. As depressões podem ser associadas com umou mais desses pares de superfícies de engate para produzir uma ou maisforças de engate, cujas forças de engate podem assim ser exercidas emuma ou mais direções. As superfícies de engate podem ser superfícies cir-cunferenciais que circundam o componente que encosta na superfície devedação do elemento vedador.

Na modalidade preferida, o elemento vedador e o alojamento dovedador são cada um compreendido de uma pluralidade de superfícies deengate mas uma depressão é definida em somente um par das superfíciesde engate. Na modalidade preferida, a depressão é definida por uma super-fície de engate do alojamento que é orientada em um plano normal ao eixolongitudinal do eixo que gira dentro do conjunto vedador. Na modalidadepreferida a superfície de engate do vedador e a superfície de engate do alo-jamento são superfícies circunferenciais que circundam um eixo giratório queencosta na superfície de vedação do elemento vedador.

A depressão pode ser compreendida de qualquer forma ou con-figuração que seja capaz de proporcionar um vão isolado entre a superfíciede engate do vedador e a superfície de engate do alojamento. Um vão isola-do é necessário de modo a impedir a passagem do fluido pressurizado paradentro do vão o que pode deslocar ou neutralizar a força de engate de outraforma exercida entre a superfície de engate do vedador e a superfície deengate do alojamento.

A depressão pode ser compreendida de uma única depressãoisolada ou pode ser compreendida de um padrão de depressão. De prefe-rência, a depressão é compreendida de um padrão de depressão. De prefe-rência, o padrão de depressão é distribuído por toda uma porção substancialda superfície de engate do vedador ou a superfície de engate do alojamento,de modo que a força de engate é da mesma maneira distribuída.

O padrão de depressão pode ser compreendido de uma ou maisranhuras. Na modalidade preferida onde a superfície de engate do vedador ea superfície de engate do alojamento são compreendidas de superfícies cir-cunferenciais, o padrão de depressão pode ser compreendido de uma únicaranhura ininterrupta (tal como uma ranhura semicircular, circular ou espiral)ou pode ser compreendido de uma pluralidade de ranhuras distintas que seestendem ao longo da superfície de engate do vedador ou a superfície deengate do alojamento, conforme o caso. De preferência, a ranhura ou ranhu-ras se estendem em uma direção perpendicular ao eixo longitudinal do eixorotativo, mas estas também poderiam se estender em uma direção paralelaao eixo longitudinal do eixo rotativo.

Na modalidade preferida, o padrão de depressão é compreendi-do de uma pluralidade de ranhuras distintas substancialmente paralelas quese estendem circunferencialmente ao redor da superfície de engate do alo-jamento de modo concêntrico em uma direção perpendicular ao eixo Iongitu-dinal do eixo rotativo.

O padrão de depressão pode também ser compreendido de umapluralidade de covinhas na superfície de engate do alojamento. As covinhaspodem ser de qualquer forma, tamanho ou configuração contanto que pro-duzam a depressão necessária e assim o vão na superfície de engate dovedador ou a superfície de engate do alojamento, conforme o caso.

A depressão ou padrão de depressão forma um perfil de depres-são na superfície de engate do vedador ou a superfície de engate do aloja-mento, conforme o caso. O perfil de depressão pode compreender qualquerforma. Por exemplo, o perfil de depressão pode ser uma superfície chanfra-da, uma superfície arredondada ou pode ser uma superfície chanfrada trun-cada ou arredondada.

O conjunto vedador preferivelmente inclui um mecanismo depré-carga para aplicar uma força de pré-carga para impelir a superfície deengate do vedador e a superfície de engate do alojamento para engate entresi. A finalidade dessa força de pré-carga é produzir uma força de engate ini-cial entre a superfície de engate do vedador e a superfície de engate doalojamento para impedir a passagem do fluido entre as superfícies de engatede modo a possibilitar que a força de engate desenvolva-se na depressãoquando a pressão aplicada no elemento vedador aumenta enquanto o con-junto vedador está em serviço.

O mecanismo de pré-carga pode ser compreendido de qualqueraparelho ou dispositivo que seja capaz de aplicar a força de pré-carga. Namodalidade preferida o mecanismo de pré-carga é compreendido de uma oumais molas que são mantidas pelo alojamento do vedador e que aplicam aforça de pré-carga no elemento vedador para impelir a superfície de engatedo vedador contra a superfície de engate do alojamento.

Breve Descrição dos Desenhos

Modalidades da invenção serão agora descritas com referênciaaos desenhos acompanhantes, nos quais:

A Figura 1 é um desenho transversal do conjunto de um con-junto vedador incluindo uma modalidade preferida do aperfeiçoamento dainvenção.

A Figura 2 é uma vista plana de uma superfície de engate doalojamento de acordo com o conjunto vedador aperfeiçoado da Figura 1 noqual a depressão é compreendida de um padrão de depressão consistindoem quatro ranhuras circunferenciais substancialmente paralelas e concêntricas.

A Figura 3 é uma vista plana de uma superfície de engate doalojamento de acordo com o conjunto vedador aperfeiçoado da Figura 1 noqual a depressão é compreendida de um padrão de depressão consistindoem uma pluralidade de covinhas distribuídas por toda uma porção substan-cial da superfície de engate do alojamento.

Descrição Detalhada

Com referência à Figura 1, é representado um conjunto vedador(20). O conjunto vedador (20) inclui um elemento vedador (22) e um aloja-mento do vedador (24).

Na modalidade preferida, o conjunto vedador (20) é um vedadordinâmico que veda entre uma superfície de vedação (26) no elemento veda-dor (22) e um eixo giratório (28) que passa através do conjunto vedador (20).

O conjunto vedador (20) pode, entretanto, ser um vedador dinâmico que ve-da entre a superfície de vedação (26) e um componente que se move longi-tudinalmente em relação ao elemento vedador (22). O conjunto vedador (20)pode também ser um vedador estático que veda entra a superfície de veda-ção (26) e um componente que não se move em relação ao elemento veda-dor (22). O conjunto vedador (20) pode, portanto, ser usado em uma amplafaixa de aplicações requerendo vedadores estáticos ou dinâmicos.

Na modalidade preferida, o conjunto vedador (20) é incorporadoem um aparelho (não-mostrado) que suporta e contém o eixo giratório (28).

A função do conjunto vedador (20) é isolar os fluidos em um primeiro lado(30) do conjunto vedador (20) dos fluidos em um segundo lado (32) do con-junto vedador (20). Por exemplo, na modalidade preferida o conjunto veda-dor (20) pode isolar os fluidos abrasivos no primeiro lado (30) do conjuntovedador (20) de Iubrificar fluidos no segundo lado (32) do conjunto vedador (20).

Uma aplicação do conjunto vedador (20) da modalidade preferi-da está em conjunto com um aparelho de perfuração para perfurar furos desondagem subterrâneos. Em particular, o conjunto vedador (20) pode serusado em um aparelho de perfuração rotativo dirigível, em cujo caso o eixogiratório (28) pode ser um eixo de perfuração giratório e o alojamento do ve-dador (24) pode estar associado com um alojamento estacionário (não-mostrado).Exemplos do aparelho de perfuração rotativo dirigível no qual oconjunto vedador (20) pode ser usado incluem o aparelho descrito na Pa-tente UK No. 2.172.324 (Douglas et al.) na qual um vedador rotativo dinâmi-co é designado pelo número de referência 34, o aparelho descrito na Pa-tente UK No. 2.172.325 (Douglas et al.) na qual um vedador rotativo dinâmi-co é designado pelo número de referência 156 e Patente U.S. No. 5.875.859(Ikeda et al.) na qual vedadores rotativos dinâmicos são designados pelosnúmeros de referência 7 e 16.

Em cada um desses aparelhos de perfuração rotativos dirigíveisexemplares, um mecanismo de direção está contido dentro do alojamentoestacionário e a função dos vedadores rotativos é isolar o mecanismo dedireção dos fluidos abrasivos do furo de sondagem. Os vedadores dinâmicosnesses aparelhos exemplares podem ser expostos a condições severas emserviço, incluindo pressões absolutas relativamente altas e diferenciais depressão estática e transitória relativamente altos através dos vedadores di-nâmicos, com o resultado que o conjunto vedador (20) pode ser particular-mente útil em tal aparelho.

Na modalidade preferida, o elemento vedador (22) é compreen-dido de um material compressível resiliente e o alojamento do vedador (24) écompreendido de um material rígido. Essa configuração, entretanto, poderiaser invertida de modo que um elemento vedador rígido (22) é mantido porum alojamento de vedador compressível (24).

O elemento vedador (22) inclui superfícies de engate do vedador(34,36) e o alojamento do vedador (24) inclui superfícies de engate de alo-jamento correspondentes (38,40).

Qualquer uma ou ambas as superfícies de engate do alojamento(38,40) podem definir uma depressão. Similarmente, qualquer uma ou am-bas as superfícies de engate do vedador (34,36) podem definir uma depres-são tanto como um complemento para as depressões definidas pelas super-fícies de engate do alojamento (38,40) quanto independente das mesmas.Na modalidade preferida, a superfície de engate do alojamento (38) defineuma depressão (42), mas a superfície de engate do alojamento (40) e assuperfícies de engate do vedador (34,36) não definem depressões.

A depressão (42) pode ser compreendida de qualquer forma,tamanho, configuração ou perfil e pode incluir uma ou mais depressões dis-cretas. De preferência, a depressão (42) é compreendida de um padrão dedepressão que pode incluir uma ou mais depressões discretas na superfíciede engate do alojamento (38).

Por exemplo, o padrão de depressão pode incluir uma única ra-nhura na superfície de engate do alojamento que pode ser orientada emqualquer direção, tal como circunferencialmente ou paralela ao eixo giratório(28). Uma única ranhura circunferencial pode se estender por um compri-mento mais curto do que, igual a ou mais longo do que a circunferência dasuperfície de engate do alojamento, em cujo último caso esta pode ser umaranhura contínua espiral.

Com referência às Figuras 1 e 2, na modalidade preferida, a de-pressão (42) é compreendida de um padrão de depressão que inclui quatroranhuras circunferenciais discretas substancialmente paralelas e concêntri-cas (44). Alternativamente, com referência à Figura 3, a depressão pode sercompreendida de um padrão de depressão que inclui uma pluralidade decovinhas discretas (46).

A depressão (42) proporciona um vão isolado (48) entre a su-perfície de engate do alojamento (38) e a superfície de engate do vedador(34). Na modalidade preferida, o vão isolado (48) é compreendido de quatrovãos discretos correspondendo às quatro ranhuras circunferenciais (44). Adepressão (42) também define um perfil de depressão (50).

O vão (48) é isolado em que a superfície de engate do vedador(34) efetivamente veda o vão (48) em todos os lados para prender o ar debaixa pressão (atmosférica) no vão enquanto o conjunto vedador (20) estásendo montado e para impedir que o fluido passe para dentro do vão (48)enquanto o vedador está em serviço.

A combinação do elemento vedador compressível (22) e o vão(48) assim permite que uma pressão diferencial entre a pressão aplicada noelemento vedador (22) em serviço e a pressão atmosférica dentro do vão(48) seja transferida para o perfil de depressão (50) quando o elemento ve-dador deforma e é pressionado para dentro do vão (48).

Essa pressão diferencial por sua vez produz uma força de en-gate entre a superfície de engate do vedador (34) e a superfície de engatedo alojamento (38) na proximidade do perfil de depressão (50), cuja força deengate é aproximadamente igual à pressão diferencial multiplicada pela áreado perfil da depressão (50). A força de engate resulta em uma força de atritoentre o elemento vedador (22) e o alojamento do vedador (24) que age paramanter o elemento vedador (22) em posição em relação ao alojamento dovedador (24).

A força de engate no perfil de depressão (50) aumenta à medidaque a pressão aplicada no elemento vedador (22) aumenta. Como resultado,uma das vantagens da invenção é que a força de engate no perfil de de-pressão (50) pode aumentar ao mesmo tempo que outras forças que agemno elemento vedador (22) aumentam, assim proporcionando resistência adi-cional ao movimento do elemento vedador (22) quando as condições de ser-viço tornam-se mais exigentes.

A configuração da depressão (42) pode ser variada para atingirobjetivos numerosos.

Primeiro, a depressão (42) pode ser distribuída por toda umaporção substancial na superfície de engate do alojamento (38). Uma tal con-figuração pode ser usada para maximizar a área do perfil de depressão (50)e assim a força de engate produzida pela pressurização do elemento veda-dor (22) pode também ser usada para distribuir a força de engate por toda asuperfície de engate do alojamento (38).

Segundo, a localização, forma e orientação da depressão (42) edas depressões discretas podem ser projetadas para obter resultados parti-culares. Por exemplo, embora localizar a depressão (42) na superfície deengate do alojamento (38) possa ser mais eficaz para neutralizar as forçasque tendem a causar o movimento lateral do elemento vedador (22), locali-zar a depressão (42) na superfície de engate do alojamento (40) pode sermais eficaz para neutralizar as forças que tendem a girar o elemento veda-dor (22) no alojamento do vedador (24). Essa consideração pode resultar emuma decisão de projeto para proporcionar depressões em uma ou outra ouambas as superfícies de engate do alojamento (38,40) e superfícies de en-gate do vedador (34,36).

Como um segundo exemplo, a orientação da depressão (42)pode ser projetada de modo que a força de engate causada pela pressuriza-ção do elemento vedador (22) produz resistência de cisalhamento bem comoresistência de atrito ao movimento do elemento vedador (22). Sob esse as-pecto, as ranhuras (44) representadas na Figura 2 proporcionarão resistên-cia de cisalhamento e de atrito contra o movimento lateral do elemento ve-dador (22) no conjunto vedador (20) da Figura 1, mas somente resistênciade atrito contra a rotação do elemento vedador, enquanto as covinhas (46)representadas na Figura 3 proporcionarão resistência de cisalhamento e deatrito contra ambos o movimento lateral e a rotação do elemento vedador(22) no conjunto vedador (20) da Figura 1. Essa consideração pode resultarem uma decisão de projeto de utilizar formas diferentes e configurações dedepressão (42) para neutralizar tipos diferentes de forças que podem agir noelemento vedador (22).

Como um terceiro exemplo, as ranhuras (44) como representa-das na Figura 2 podem contribuir de modo conceituai para uma função devedação separada para o conjunto vedador (20) para evitar a passagem dofluido pressurizado entre a superfície de engate do vedador (34) e a superfí-cie de engate do alojamento (38). Sob esse aspecto, cada ranhura (44) podefuncionar similar a um anel em O, assim efetivamente produzindo uma "ve-dação dentro de um vedador" para adicionalmente aumentar a confiabilidadedo conjunto vedador (20).

Em resumo, a depressão (42) pode ser localizada, orientada,formada e configurada em muitas maneiras de modo a tirar vantagem dainvenção.

Na modalidade preferida, o conjunto vedador (20) inclui um me-canismo de pré-carga (52) para impelir a superfície de engate do vedador(34) e a superfície de engate do alojamento (38) para engate mútuo. A ne-cessidade e capacidade para proporcionar o mecanismo de pré-carga (52)no conjunto vedador (20) dependem da configuração do elemento vedador(22) e do alojamento do vedador (24). Por exemplo, pode ser difícil proporci-onar um mecanismo de pré-carga (52) no conjunto vedador (20) com a fina-lidade de impelir a superfície de engate do vedador (36) para engate com asuperfície de engate do alojamento (40).

A função do mecanismo de pré-carga (52) é produzir uma forçade engate inicial entre a superfície de engate do vedador (34) e a superfíciede engate do alojamento (38) diferente do que na proximidade do perfil dedepressão (50). Essa força de engate inicial impede a passagem do fluidoentre as superfícies de engate (34,38) de modo a aumentar o isolamento dadepressão (42) e permitir que a força de engate na proximidade do perfil dadepressão (50) se desenvolva quando a pressão aplicada no elemento ve-dador (22) aumenta enquanto o conjunto vedador (20) está em serviço.

Na modalidade preferida, o mecanismo de pré-carga é compre-endido de uma mola ou molas (54) que são posicionadas adjacentes aoelemento vedador (22) e são mantidas pelo alojamento do vedador (24) emuma maneira similar ao elemento vedador (22). Essas molas (54) agem noelemento vedador (22) para impulsionar a superfície de engate do vedador(22) contra a superfície de engate do alojamento (38).

A depressão (42) pode ser formada de qualquer maneira. Porexemplo, na modalidade preferida, a depressão pode ser estampada, fundi-da, fresada, cortada, esmerilhada ou perfurada na superfície de engate doalojamento (34). Sob esse aspecto, uma consideração na seleção da forma,tamanho, perfil, configuração e orientação da depressão (42) é a simplifica-ção dos métodos de fabricação e minimização do custo do conjunto vedador(20). Pode, portanto, ser mais eficaz no custo proporcionar uma depressão(42) consistindo em ranhuras do que uma depressão (42) consistindo emcovinhas.

O conjunto vedador (20) é preparado para uso pela montagemdo elemento vedador (22), do alojamento do vedador (24) e do mecanismode pré-carga (52) dentro do aparelho (não-mostrado) no qual o conjunto ve-dador (20) está sendo usado. A superfície de engate do vedador (34) é as-sim pressionada contra a superfície de engate do alojamento (38) com umaforça de engate inicial suficiente para vedar a depressão (42) e prender o arde baixa pressão (atmosférica) no vão (48).

Na modalidade preferida onde o aparelho é um aparelho deperfuração rotativo dirigível, o aparelho pode então ser abaixado em um furode sondagem (não-mostrado) para o começo das operações de perfuração.

À medida que as operações de perfuração progridem através darotação do eixo giratório (28), o primeiro lado (30) do conjunto vedador (20) éexposto à pressão crescente no furo de sondagem à medida que o furo desondagem torna-se mais profundo e é preenchido com o fluido de perfura-ção. A pressão no furo de sondagem pode também flutuar em resposta àscondições de perfuração que resultam em pressão da bomba crescente oudecrescente e quedas de pressão variadas através do aparelho de perfura-ção. A pressão no furo de sondagem e suas flutuações podem também sertransmitidas para o segundo lado (32) do conjunto vedador (20) se o apare-lho proporciona o equilíbrio de pressão.

A pressão crescente e flutuante do furo de sondagem resulta emdiferenciais de pressão maiores constantes e transitórios entre o primeirolado (30) e o segundo lado (32) do conjunto vedador (20). Os efeitos combi-nados de maior pressão no furo de sondagem, diferencial de pressão atra-vés do conjunto vedador (20) e rotação do eixo giratório (28), por sua vez,resultam em forças sendo aplicadas no elemento vedador (22) que tendem amover ou distorcer o elemento vedador (22).

Ao mesmo tempo, a pressão crescente aplicada no elementovedador (22) faz com que o elemento vedador (22) seja empurrado paradentro do perfil da depressão (50) como resultado do diferencial de pressãoentre a pressão no furo de sondagem e a pressão atmosférica no vão (48).

O elemento vedador (22), portanto, exerce uma força de engatecontra o perfil de depressão (50), cuja força de engate resulta em uma forçade atrito e talvez uma resistência de cisalhamento que neutraliza as forçasque tendem a mover ou distorcer o elemento vedador (22) de modo a mantero elemento vedador (22) em posição em relação ao alojamento do vedador(24). A compressão do elemento vedador (22) para dentro do vão (48) podetambém resultar no elemento vedador proporcionando uma vedação secun-dária entre a superfície de engate do vedador (34) e a superfície de engatedo alojamento (38), que impede a passagem dos fluidos no furo de sonda-gem entre a superfície de engate do vedador (34) e a superfície de engatedo alojamento (38).

Quando as operações de perfuração terminam, o aparelho deperfuração pode ser removido do furo de sondagem e preparado para ope-rações futuras de perfuração. Se o elemento vedador (22) é compreendidode um material compressível resiliente, então ele pode ser possivelmentereutilizado desde que o elemento vedador (22) deve retornar para sua formaoriginal com a remoção da pressão do conjunto vedador (20). Se o elementovedador (22) é compreendido de um material compressível não resiliente,ele pode permanecer pressionado dentro do vão (48) a despeito da remoçãoda pressão do conjunto vedador (20) e pode, portanto, requerer substituiçãoantes do aparelho de perfuração ser usado novamente.

As modalidades da invenção na qual uma propriedade exclusivaou privilégio é reivindicado são definidas como segue:

Claims

1. Conjunto vedador para vedação com um componente esten-dendo-se dentro do conjunto vedador e definindo um eixo longitudinal, oconjunto vedador compreendendo um elemento vedador mantido por umalojamento vedador, onde um dentre o elemento vedador e o alojamento dovedador é compreendido de um material compressível, onde o elemento ve-dador é compreendido de uma superfície de engate do vedador, e onde oalojamento do vedador é compreendido de uma superfície de engate doalojamento para engatar a superfície de engate do vedador, caracterizadopelo fato de que compreende uma dentre a superfície de engate do vedadore a superfície de engate do alojamento sendo compreendida do materialcompressível e a outra dentre a superfície de engate do vedador e a superfí-cie de engate do alojamento sendo orientada em um plano normal para oeixo longitudinal do componente se estendendo dentro do conjunto vedadore definindo uma depressão para proporcionar um vão isolado entre a super-fície de engate do vedador e a superfície de engate do alojamento para re-ceber o material compressível para restringir o movimento do elemento ve-dador em relação ao alojamento do vedador.

2. Conjunto vedador de acordo com a reivindicação 1, caracteri-zado pelo fato de que a depressão é compreendida de um padrão de de-pressão.

3. Conjunto vedador de acordo com a reivindicação 2, caracteri-zado pelo fato de que o padrão de depressão é distribuído através de umaporção substancial da superfície de engate do vedador ou da superfície deengate do alojamento.

4. Conjunto vedador de acordo com a reivindicação 3, caracteri-zado pelo fato de que adicionalmente compreende um mecanismo de pré-carga para impelir a superfície de engate do vedador e a superfície de en-gate do alojamento para engate entre si.

5. Conjunto vedador de acordo com a reivindicação 4, caracteri-zado pelo fato de que o mecanismo de pré-carga é compreendido de pelomenos uma mola que é mantida pelo alojamento do vedador.

6. Conjunto vedador de acordo com a reivindicação 2, caracteri-zado pelo fato de que o padrão de depressão é compreendido de uma ranhura.

7. Conjunto vedador de acordo com a reivindicação 6, caracteri-zado pelo fato de que o elemento vedador é compreendido de um materialcompressível e no qual o padrão de depressão é definido pela superfície deengate do alojamento.

8. Conjunto vedador de acordo com a reivindicação 7, caracteri-zado pelo fato de que o elemento vedador é compreendido de um materialcompressível resiliente.

9. Conjunto vedador de acordo com a reivindicação 8, caracteri-zado pelo fato de que adicionalmente compreende um mecanismo de pré-carga para impelir a superfície de engate do vedador e a superfície de en-gate do alojamento para engate entre si.

10. Conjunto vedador de acordo com a reivindicação 9, caracte-rizado pelo fato de que o mecanismo de pré-carga é compreendido de pelomenos uma mola que é mantida pelo alojamento do vedador.

11. Conjunto vedador de acordo com a reivindicação 6, caracte-rizado pelo fato de que o padrão de depressão é compreendido de uma plu-ralidade de ranhuras.

12. Conjunto vedador de acordo com a reivindicação 11, carac-terizado pelo fato de que o padrão de depressão é compreendido de umapluralidade de ranhuras substancialmente paralelas.

13. Conjunto vedador de acordo com a reivindicação 12, carac-terizado pelo fato de que adicionalmente compreende um mecanismo depré-carga para impelir a superfície de engate do vedador e a superfície deengate do alojamento para engate entre si.

14. Conjunto vedador de acordo com a reivindicação 13, carac-terizado pelo fato de que o mecanismo de pré-carga é compreendido depelo menos uma mola, que é mantida pelo alojamento do vedador.

15. Conjunto vedador de acordo com a reivindicação 2, caracte-rizado pelo fato de que o padrão de depressão é compreendido de uma plu-ralidade de covinhas.

16. Conjunto vedador de acordo com a reivindicação 15, carac-terizado pelo fato de que as covinhas são distribuídas através de uma por-ção substancial da superfície de engate do vedador ou da superfície de en-gate do alojamento.

17. Conjunto vedador de acordo com a reivindicação 16, carac-terizado pelo fato de que o elemento vedador é compreendido de um mate-rial compressível e onde a depressão é definida pela superfície de engate doalojamento.

18. Conjunto vedador de acordo com a reivindicação 17, carac-terizado pelo fato de que o elemento vedador é compreendido de um mate-rial compressível resiliente.

19. Conjunto vedador de acordo com a reivindicação 18, carac-terizado pelo fato de que adicionalmente compreende um mecanismo depré-carga para impelir a superfície de engate do vedador e a superfície deengate do alojamento para engate entre si.

20. Conjunto vedador de acordo com a reivindicação 19, carac-terizado pelo fato de que o mecanismo de pré-carga é compreendido depelo menos uma mola que é mantida pelo alojamento do vedador.

21. Conjunto vedador de acordo com a reivindicação 2, caracte-rizado pelo fato de que o elemento vedador é compreendido de um materialcompressível e onde a depressão é definida pela superfície de engate doalojamento.

22. Conjunto vedador de acordo com a reivindicação 21, carac-terizado pelo fato de que o elemento vedador é compreendido de um mate-rial compressível resiliente.

23. Conjunto vedador de acordo com a reivindicação 22, carac-terizado pelo fato de que o padrão de depressão é distribuído através deuma porção substancial da superfície de engate do alojamento.

24. Conjunto vedador de acordo com a reivindicação 22, carac-terizado pelo fato de que o padrão de depressão é compreendido de umaranhura.

25. Conjunto vedador de acordo com a reivindicação 24, carac-terizado pelo fato de que o padrão de depressão é compreendido de umapluralidade de ranhuras.

26. Conjunto vedador de acordo com a reivindicação 25, carac-terizado pelo fato de que o padrão de depressão é compreendido de umapluralidade de ranhuras substancialmente paralelas.

27. Conjunto vedador de acordo com a reivindicação 26, carac-terizado pelo fato de que adicionalmente compreende um mecanismo depré-carga para impelir a superfície de engate do vedador e a superfície deengate do alojamento para engate entre si.

28. Conjunto vedador de acordo com a reivindicação 27, carac-terizado pelo fato de que o mecanismo de pré-carga é compreendido depelo menos uma mola que é mantida pelo alojamento do vedador.

29. Conjunto vedador de acordo com a reivindicação 22, carac-terizado pelo fato de que o padrão de depressão é compreendido de umapluralidade de covinhas.

30. Conjunto vedador de acordo com a reivindicação 29, carac-terizado pelo fato de que as covinhas são distribuídas através de uma por-ção substancial da superfície de engate do alojamento.

31. Conjunto vedador de acordo com a reivindicação 30, carac-terizado pelo fato de que adicionalmente compreende um mecanismo depré-carga para impelir a superfície de engate do vedador e a superfície deengate do alojamento para engate entre si.

32. Conjunto vedador de acordo com a reivindicação 31, carac-terizado pelo fato de que o mecanismo de pré-carga é compreendido depelo menos uma mola que é mantida pelo alojamento do vedador.

33. Conjunto vedador que compreende um elemento vedadormantido por um alojamento do vedador, onde um dentre o elemento vedadore o alojamento do vedador é compreendido de um material compressível,onde o elemento vedador é compreendido de uma superfície de engate dovedador, e onde o alojamento do vedador é compreendido de uma superfíciede engate do alojamento para engatar a superfície de engate do vedador,caracterizado pelo fato de que compreende:(a) uma dentre a superfície de engate do vedador e a superfíciede engate do alojamento sendo compreendida do material compressível e aoutra dentre a superfície de engate do vedador e a superfície de engate doalojamento definindo uma depressão para proporcionar um vão isolado entrea superfície de engate do vedador e a superfície de engate do alojamentopara receber o material compressível para restringir o movimento do ele-mento vedador em relação ao alojamento do vedador; e(b) um mecanismo de pré-carga para impelir a superfície de en-gate do vedador e a superfície de engate do alojamento para engate entre si.

34. Conjunto vedador de acordo com a reivindicação 33, carac-terizado pelo fato de que o mecanismo de pré-carga é compreendido depelo menos uma mola que é mantida pelo alojamento do vedador.

35. Conjunto vedador de acordo com a reivindicação 34, carac-terizado pelo fato de que a depressão é compreendida de uma ranhura.

36. Conjunto vedador de acordo com a reivindicação 35, carac-terizado pelo fato de que o mecanismo de pré-carga é compreendido depelo menos uma mola que é mantida pelo alojamento do vedador.

37. Conjunto vedador de acordo com a reivindicação 33, carac-terizado pelo fato de que o elemento vedador é compreendido de um mate-rial compressível e onde a depressão é definida pela superfície de engate doalojamento.

38. Conjunto vedador de acordo com a reivindicação 37, carac-terizado pelo fato de que o elemento vedador é compreendido de um mate-rial compressível resiliente.

39. Conjunto vedador de acordo com a reivindicação 38, carac-terizado pelo fato de que o mecanismo de pré-carga é compreendido depelo menos uma mola que é mantida pelo alojamento do vedador.

40. Conjunto vedador de acordo com a reivindicação 39, carac-terizado pelo fato de que a depressão é compreendida de uma ranhura.

41. Conjunto vedador para vedação com um componente rotaci-onal estendendo-se dentro do conjunto vedador e definindo um eixo Iongitu-dirial, o conjunto vedador compreendendo um elemento vedador mantido porum alojamento vedador, onde um dentre o elemento vedador e o alojamentodo vedador é compreendido de um material compressível, onde o elementovedador é compreendido de uma superfície de engate do vedador, e onde oalojamento do vedador é compreendido de uma superfície de engate doalojamento para engatar a superfície de engate do vedador, caracterizadopelo fato de que compreende uma dentre a superfície de engate do vedadore a superfície de engate do alojamento sendo compreendida do materialcompressível e a outra dentre a superfície de engate do vedador e a superfí-cie de engate do alojamento sendo orientada em um plano normal para oeixo longitudinal de rotação do componente se estendendo dentro do con-junto vedador e definindo uma depressão para proporcionar um vão isoladoentre a superfície de engate do vedador e a superfície de engate do aloja-mento para receber o material compressível para restringir o movimento doelemento vedador em relação ao alojamento do vedador.

42. Conjunto vedador de acordo com a reivindicação 41, carac-terizado pelo fato de que a depressão é compreendida de pelo menos umaranhura circunferencial.

43. Conjunto vedador de acordo com a reivindicação 41, carac-terizado pelo fato de que a depressão é compreendida de pelo menos umaranhura circunferencial se estendendo para um comprimento igual à circun-ferência da outra da superfície de engate do vedador e da superfície de en-gate do alojamento.

44. Conjunto vedador de acordo com a reivindicação 41, carac-terizado pelo fato de que a depressão é compreendida de uma pluralidadede ranhuras circunferenciais substancialmente paralelas.

45. Conjunto vedador de acordo com a reivindicação 41, carac-terizado pelo fato de que a depressão é compreendida de uma pluralidadede ranhuras circunferenciais substancialmente concêntricas e paralelas.

46. Conjunto vedador de acordo com a reivindicação 41, carac-terizado pelo fato de que a depressão é compreendida de uma pluralidadede ranhuras circunferenciais substancialmente concêntricas e paralelas,onde cada ranhura circunferencial se estende por um comprimento igual àcircunferência da outra da superfície de engate do vedador e da superfíciede engate do alojamento.

47. Conjunto vedador de acordo com a reivindicação 41, carac-terizado pelo fato de que adicionalmente compreende um mecanismo depré-carga para impelir a superfície de engate do vedador e a superfície deengate do alojamento para engate entre si.

48. Conjunto vedador de acordo com a reivindicação 47, carac-terizado pelo fato de que o mecanismo de pré-carga é compreendido depelo menos uma mola que é mantida pelo alojamento do vedador.

49. Conjunto vedador de acordo com a reivindicação 41, carac-terizado pelo fato de que o elemento vedador é compreendido de um mate-rial compressível e onde a depressão é definida pela superfície de engate doalojamento.

50. Conjunto vedador de acordo com a reivindicação 49, carac-terizado pelo fato de que o elemento vedador é compreendido de um mate-rial compressível resiliente.

51. Conjunto vedador de acordo com a reivindicação 49, carac-terizado pelo fato de que a depressão é compreendida de pelo menos umaranhura circunferencial.

52. Conjunto vedador de acordo com a reivindicação 49, carac-terizado pelo fato de que a depressão é compreendida de pelo menos umaranhura circunferencial se estendendo para um comprimento igual à circun-ferência da superfície de engate do alojamento.

53. Conjunto vedador de acordo com a reivindicação 49, carac-terizado pelo fato de que a depressão é compreendida de uma pluralidadede ranhuras circunferenciais substancialmente paralelas.

54. Conjunto vedador de acordo com a reivindicação 49, carac-terizado pelo fato de que a depressão é compreendida de uma pluralidadede ranhuras circunferenciais substancialmente concêntricas e paralelas.

55. Conjunto vedador de acordo com a reivindicação 49, carac-terizado pelo fato de que a depressão é compreendida de uma pluralidadede ranhuras circunferenciais substancialmente concêntricas e paralelas,onde cada ranhura circunferencial se estende por um comprimento igual àcircunferência da superfície de engate do alojamento.

56. Conjunto vedador de acordo com a reivindicação 49, carac-terizado pelo fato de que adicionalmente compreende um mecanismo depré-carga para impelir a superfície de engate do vedador e a superfície deengate do alojamento para engate entre si.

57. Conjunto vedador de acordo com a reivindicação 56, carac-terizado pelo fato de que o mecanismo de pré-carga é compreendido depelo menos uma mola que é mantida pelo alojamento do vedador.