BR112013008065B1

BR112013008065B1 - conjunto de vedador e método de vedação

Info

Publication number: BR112013008065B1
Application number: BR112013008065-5A
Authority: BR
Inventors: Andrew J. Grohmann; Bruce J. Witwer; Larry Reimert (Falecido)
Original assignee: Dril-Quip, Inc.
Priority date: 2010-10-04
Filing date: 2011-07-08
Publication date: 2021-01-05
Also published as: NO345387B1; US20130206427A1; GB201305746D0; NO20130609A1; SG189233A1; GB2498471B; BR112013008065A2; WO2012047351A4; GB2498471A; WO2012047351A1; US9151134B2

Abstract

CONJUNTO DE VEDADOR E MÉTODO Um conjunto de vedador (10) é apresentado para vedação entre uma superfície interior (14) em uma cabeça de poço (12) e uma superfície exterior afunilada (18) em um suspensor (16). Um corpo do vedador unitário (20) inclui uma porção superior para engate com uma ferramenta de força e uma porção inferior para vedação com a cabeça de poço e o suspensor. Um primeiro anel de aperto (24) é móvel radialmente para dentro para prender o conjunto de vedador no suspensor e um segundo anel de aperto (22) é móvel radialmente para fora para prender o conjunto de vedador na cabeça de poço. Um elemento de acionamento (60) incluindo uma pluralidade de pontas estendidas para baixo atravessando fendas no corpo do vedador se move para baixo através de uma porção do corpo para forçar o primeiro e o segundo anéis de aperto para engate com a cabeça de poço e o suspensor.

Description

Referência cruzada com pedido relacionado

[001] Esse pedido reivindica a prioridade do Pedido Provisório U.S. 61/389.435 depositado em 4 de outubro de 2010, a revelação do qual é incorporada aqui por refe- rência para todas as finalidades.

Campo da invenção

[002] A presente invenção refere-se a conjuntos de vedadores adequados para vedação entre uma cabeça de poço e um suspensor, dessa forma vedando o revesti- mento dentro da cabeça de poço. Mais particularmente, o conjunto de vedador revela- do aqui é bem adequado para aplicações de alta temperatura e alta pressão para ve- dar com segurança o espaço anular do revestimento.

Precedentes da invenção

[003] Vários tipos de conjuntos de vedadores foram inventados nos últimos cinquenta anos para vedação entre um suspensor do revestimento e a cabeça de po- ço. Alguns conjuntos de vedadores são adequados para aplicação em alta temperatu- ra ou alta pressão, mas não ambas as aplicações de alta temperatura e alta pressão. Outros conjuntos de vedadores são somente adequados para aplicações modestas de temperatura e pressão. Outros conjuntos de vedadores inicialmente formam uma ve- dação, mas com o tempo perdem sua efetividade de vedação.

[004] A Patente U.S. 6.705.615 revela um conjunto de vedador para vedação entre uma superfície cilíndrica e uma superfície afunilada. Outro tipo de conjunto de vedador adequado para vedação entre uma superfície cilíndrica e a superfície afunila- da é revelado na Patente U.S. 6.666.276. Um conjunto de vedador de transportador dividido para vedação entre um alojamento da cabeça de poço submarina e um sus- pensor do revestimento é revelado na Patente U.S. 6.969.070. As Patentes U.S. 4.757. 860 e 5.076.356 revelam outra forma de conjunto de vedador para vedação entre uma superfície cilíndrica e uma superfície afunilada.

[005] A Patente U.S. 7.096.956 revela uma ferramenta do interior do poço para ativar um conjunto de vedador. A Patente U.S. 6.202.745 revela um suspensor do re- vestimento posicionado dentro da cabeça de poço.

[006] A maior parte dos conjuntos de vedadores de suspensor-cabeça de poço no interior do poço é fabricada de dois ou mais componentes que compõem o corpo do vedador que suporta um ou mais vedadores que vedam com a cabeça de poço e o suspensor. Em muitos casos, esses componentes são interligados por roscas, que permitem inerentemente o movimento axial entre os componentes. Esse movimento axial entre os componentes do corpo do vedador permite o movimento e assim o des- gaste em ambos os vedadores e as superfícies de vedação. Altas forças de assenta- mento do vedador são também convencionalmente difíceis de transmitir através do corpo do vedador com componentes rosqueados.

[007] Outro problema significativo com os conjuntos de vedadores da técnica anterior é que quando a pressão do fluido é aplicada por debaixo do conjunto de ve- dador assentado, a parede interior da cabeça de poço expande radialmente para fora e a parede exterior do suspensor contrai radialmente para dentro, dessa maneira cri- ando um aumento significativo no vão radial, que inerentemente prejudica a efetivida- de da vedação. As desvantagens desse vão criado são particularmente significativas quando alta pressão no interior do poço é aplicada por debaixo do conjunto de veda- dor.

[008] As desvantagens da técnica anterior são superadas pela presente inven- ção e um conjunto de vedador melhorado e método são a seguir revelados.

Sumário da invenção

[009] Em uma modalidade, um conjunto de vedador é apresentado para veda- ção entre uma superfície interior em uma cabeça de poço e uma superfície exterior em um suspensor posicionado dentro da cabeça de poço. Nessa modalidade, o conjunto de vedador compreende um corpo unitário incluindo uma porção superior para engate com uma ferramenta de força para assentar o conjunto de vedador, e uma porção infe- rior com um ou mais vedadores radialmente internos para vedação com a superfície exterior do suspensor e um ou mais vedadores radialmente exteriores para vedação com a superfície da cabeça de poço. Um primeiro elemento de travamento em formato de C suportado no corpo unitário é radialmente móvel para dentro para prender o con- junto de vedador no suspensor, e um segundo elemento de travamento em formato de C suportado no corpo unitário é radialmente móvel para fora para prender o conjunto de vedador na cabeça de poço. Um elemento de acionamento axialmente móvel para baixo através de uma porção do corpo unitário força o segundo anel de travamento radialmente para fora para engate com a cabeça de poço e força o primeiro anel de travamento radialmente para dentro para engate com o suspensor.

[010] Em outra modalidade, um conjunto de vedador é apresentado para ve- dação entre a superfície interior em uma cabeça de poço e a superfície exterior em um suspensor posicionado dentro da cabeça de poço. O conjunto de vedador quando em uso suporta uma alta pressão de fluido nominal por debaixo do conjunto de vedador que força uma porção da superfície interior da cabeça de poço radialmente para fora por uma quantidade de expansão e força uma porção da superfície exterior do sus- pensor radialmente para dentro por uma quantidade de compressão. O conjunto de vedador inclui um corpo do vedador com uma porção superior para engate com a fer- ramenta de força, uma porção inferior com um ou mais vedadores radialmente internos para vedação com a superfície exterior do suspensor e um ou mais vedadores radial- mente externos para vedação com a superfície interior da cabeça de poço. Durante a instalação do conjunto de vedador, uma porção inferior do corpo do vedador força uma porção da superfície interior da cabeça de poço engatada pela porção inferior do corpo do vedador radialmente para fora por pelo menos substancialmente a quantidade de expansão, e força uma porção da superfície exterior do suspensor radialmente para dentro por pelo menos substancialmente a quantidade de compressão, dessa forma pré-carregando efetivamente ambos a cabeça de poço e o suspensor substancialmen- te na pressão do fluido nominal do equipamento para a pressão do fluido por debaixo.

[011] Esses e outros aspectos e vantagens da presente invenção ficarão evi- dentes a partir da descrição detalhada seguinte, em que referência é feita às figuras nos desenhos acompanhantes.

Breve descrição dos desenhos

[012] A figura 1 é uma vista seccional de uma cabeça de poço, um suspensor do revestimento e um conjunto de vedador para vedação entre a cabeça de poço e o suspensor do revestimento.

[013] A figura 2 é uma vista ampliada de um conjunto de vedador assentado, mas não travado no suspensor.

[014] A figura 3 mostra o conjunto de vedador na figura 2 travado em ambos a cabeça de poço e o suspensor do revestimento, e a porção inferior do conjunto de vedador em engate de vedação com ambos o suspensor do revestimento e a cabeça de poço.

[015] A figura 4 é uma vista ilustrativa, parcialmente em corte, ilustrando os componentes superiores do conjunto de vedador mostrado nas figuras 2 e 3.

[016] A figura 5 ilustra outra modalidade de um conjunto de vedador de acordo com essa invenção.

Descrição detalhada das modalidades preferidas

[017] Com referência às figuras 1 e 2, um conjunto de vedador 10 é mostrado suportado no ressalto 17 de um suspensor do revestimento 16 posicionado dentro de uma cabeça de poço 12. O anel C 15 pode ser usado para conectar o suspensor 16 na cabeça de poço 12. A cabeça de poço inclui uma superfície interna geralmente cilín- drica 14, enquanto o suspensor do revestimento inclui uma superfície externa afunila- da 18. O conjunto de vedador 10 veda entre essas superfícies. O corpo do vedador 20 é um componente unitário e de preferência homogêneo, e como mostrado na figura 2, suporta o anel de travamento 22 para posicionamento dentro de uma ranhura na ca- beça de poço 12 para travar o conjunto de vedador na cabeça de poço, e outro anel de travamento 24 para posicionamento dentro de uma ranhura para travar o conjunto de vedador no suspensor do revestimento 16. Uma luva acionadora 60 é discutida mais abaixo e é forçada para baixo pela extremidade inferior de uma ferramenta de força acionada por pressão do fluido 90, como mostrado na figura 1, para mover o anel de travamento 22 radialmente para fora e para mover o anel de travamento 24 radialmen- te para dentro. Uma ferramenta de assentamento e força adequada é do tipo revelado na Patente U.S. 7.906.956.

[018] Com referência ainda à figura 2, o conjunto de vedador 10 é mostrado em detalhes. A porção superior do corpo unitário 20 inclui um batente anular 26 para engate com uma porção inferior do anel C 22 para impedir o movimento do anel C ra- dialmente para fora além do movimento requerido para posicionar o anel de travamen- to dentro da ranhura na cabeça de poço. A luva 50 discutida subsequentemente inclui um elemento de aperto anular similar 28 para engate com a porção superior do anel de vedação 22 para impedir que o anel 22 se mova radialmente para fora além de uma faixa aceitável. Similarmente, o anel de travamento 24 que trava com o suspensor do revestimento 16 é impedido de se mover radialmente para dentro pelo batente anular 32 no corpo 20, enquanto um anel retentor 54 mostrado na figura 3 engata uma por- ção superior do anel de travamento 24 para limitar o movimento radialmente para den- tro do anel de travamento 24.

[019] A porção inferior 34 do corpo do vedador inclui uma base 56 e um ele- mento projetado radialmente para fora 36, que tem ombros anulares 38 e 40 nas suas extremidades superior e inferior para engate de vedação com a superfície interior 14 na cabeça de poço 12. Um vão 42 entre uma porção do elemento projetado 36 e a base 56 proporciona uma deflexão para fora limitada do ombro 38 na extremidade su- perior do elemento 36 quando pressão é aplicada no conjunto de vedador por cima, enquanto um vão similar 44 permite a deflexão para fora limitada do ombro anular 40 quando a pressão do fluido é aplicada no conjunto de vedador por debaixo. A figura 2 também representa os vedadores 51 e 52 na superfície interna do corpo do vedador, cada formado de um ombro de metal anular para engate de vedação com a superfície afunilada 18 do suspensor 16. Como mostrado nas figuras 2 e 3, os vãos ao longo da superfície radialmente interna na porção inferior do corpo 20 podem ser preenchidos, cada um, com um anel O elastomérico 51, 52 que sustenta uma baixa pressão ou en- gate de vedação inicial com a superfície exterior do suspensor do revestimento.

[020] Na modalidade da figura 2, um elemento protetor 48 é espaçado abaixo do vedador 36 e propicia uma superfície radialmente externa 47 que age como um protetor para eliminar ou pelo menos minimizar os danos ao elemento projetado 36 quando o conjunto de vedador é empurrado entre a superfície cilíndrica na cabeça de poço 12 e a superfície afunilada no suspensor 16, desde que o diâmetro externo do elemento 46 é substancialmente tão grande quanto o diâmetro externo do elemento 36. Sendo posicionado mais baixo do que o elemento 36, o elemento 46, assim, toca a parede interior 14 do alojamento da cabeça de poço quando o conjunto de vedador é pressionado no lugar. O elemento 46 também serve para impedir o esmagamento do corpo do vedador quando a pressão de fluido por cima do conjunto de vedador assen- tado age para forçar o corpo do vedador radialmente para fora. A alta pressão por ci- ma do conjunto de vedador poderia deformar o corpo do vedador tal que, quando essa alta pressão por cima do conjunto de vedador é removida, o conjunto de vedador va- zaria. O elemento 46 age para suportar uma alta força radialmente para fora no corpo do vedador para impedir que as superfícies de vedação sejam esmagadas, de modo que o conjunto de vedador não vede mais. Mesmo embora as forças tendendo a criar um vão e prejudicar a efetividade da vedação sejam maiores quando a pressão do fluido é por debaixo, o conjunto de vedador preferivelmente é capaz de vedar com se- gurança enquanto suportando uma alta pressão de fluido por debaixo e também uma alta pressão de fluido por cima.

[021] A figura 2 também revela um mecanismo puxador 48 para vedação inicial com a superfície interior da cabeça de poço, tal que a pressão do fluido acima do ele- mento puxador puxa o conjunto de vedador para baixo. Mais importante ainda, o me- canismo puxador 48 cria uma vedação inicial que permite a formação da pressão, de modo que a ferramenta de força empurra o conjunto de vedador para a posição assen- tada final. Detalhes adicionais quanto ao mecanismo puxador de vedação são revela- dos na Patente U.S. 6.705.615.

[022] Para assentar o conjunto de vedador, a ferramenta de assentamento e força 90 pode ser girada, primeiro, pela coluna de trabalho para liberar a ferramenta de assentamento do suspensor. Uma luva gira com o mandril da ferramenta, tal que as roscas fazem com que a luva se mova axialmente para cima durante essa rotação, o que permite que o anel C feche radialmente. O anel C se move, assim, radialmente para dentro e para fora de engate com as ranhuras de aperto internas no suspensor do revestimento para liberar o suspensor da ferramenta 90.

[023] A ferramenta de assentamento pode ser girada mais para mover a luva mais para cima, dessa forma liberando o conjunto de vedador 10 da ferramenta 90 para cair para uma posição preestabelecida. O conjunto de vedador 10 e o mandril da ferramenta de assentamento 92 se movem independentemente para baixo, com o con- junto de vedador no espaço anular entre o DE alargado superior do suspensor e o DI da cabeça de poço. Nesse estágio, o BOP convencionalmente posicionado em cima da cabeça de poço pode ser fechado e a pressão do fluido exercida na ferramenta de força 90 através da coluna de assentamento para conduzir o conjunto de vedador 10 mais para baixo a partir da sua posição preestabelecida para a sua posição de veda- ção final.

[024] Com referência agora à figura 3, a luva acionadora 60 foi forçada para baixo da posição da figura 2 pelo mecanismo de força da ferramenta inferior 91 da ferramenta de força 90. Essa ação força uma superfície de diâmetro grande 64 na luva acionadora 60 a engatar o anel C 22, forçando o anel C radialmente para fora e para dentro de uma fenda produzida na cabeça de poço. A luva acionadora 60 tem pontas estendidas para baixo 66, como mostrado na figura 4, que também engatam o anel de travamento 24 para travar esse anel em uma ranhura adequada produzida na superfí- cie exterior do suspensor do revestimento. A superfície 64 que pressiona o anel 22 para fora pode ser produzida nas pontas estendidas para baixo. O movimento radial de cada anel de travamento é restrito pelo corpo do vedador e os batentes anulares 26, 28, 30 e 32 discutidos acima.

[025] Durante a montagem do anel de travamento 24 dentro do corpo do ve- dador 20, o anel C dividido 24 pode ser instalado primeiro na posição radialmente para fora e o anel de retenção dividido 54 suportado então no corpo unitário 20. O anel 54 inclui um retentor anular 30 para engatar uma porção superior do anel de travamento 24 para limitar o movimento radialmente para dentro do anel de travamento. O anel 54 pode ser instalado no elemento de batente 68 formado como parte do corpo do veda- dor 20, de modo que o anel retentor 54 é axialmente fixado no corpo do vedador pelo elemento de batente e não exerce uma força descendente no anel C 22. Depois que o anel C 54 está instalado, um elemento espaçador 70, como mostrado na figura 2, pode ser preso pelo parafuso 72 no corpo 20 e enche o espaço entre as extremidades do anel C para impedir que o anel 54 feche para dentro, dessa forma retendo o anel C 24 na posição no corpo do vedador.

[026] A figura 4 representa o corpo do vedador 20, a luva de acionamento 60 e o anel retentor 54 discutidos acima. A porção superior 80 da luva de acionamento 60 é assim em formato de anel, com pontas 66 estendidas para baixo. Cada ponta é produ- zida com uma fenda 82 que recebe um pino 84, como mostrado na figura 3, que limita o movimento da luva de acionamento na direção descendente e também permite que o conjunto de vedador 10 seja retornado para a superfície com a luva de acionamento 60.

[027] A figura 4 também representa o anel retentor 54, que inclui uma plurali- dade de orelhas 86 projetadas para dentro a partir de uma superfície interna da luva 54. Essas orelhas cooperam com batentes superior e inferior espaçados na circunfe- rência 87, 88 no corpo do vedador 20, de modo que cada orelha fica posicionada entre um batente superior respectivo 87 e o batente inferior respectivo 88 no corpo do veda- dor 20. Furos 85 na luva 54 permitem que a luva seja travada com rotação no corpo 20 com um pino adequado atravessando o furo 83 no corpo 20, de modo que a remoção dos pinos é necessária para remover a luva 54 do corpo do vedador. A luva 54 fica, assim, travada no lugar e fica presa pela rotação e axialmente no corpo 20.

[028] O corpo do vedador 20 inclui fendas superiores espaçadas na circunfe- rência 94 e fendas inferiores alinhadas 96. As fendas 94 são formadas radialmente para fora da superfície interna do corpo 20, enquanto as fendas 96 são formadas radi- almente para dentro da superfície externa do corpo 20. Uma ligeira sobreposição radi- al dessas fendas permite que uma ponta respectiva 66 deslize axialmente através do corpo, com cada ponta passando através de uma porção de uma fenda superior e uma porção de uma fenda inferior, enquanto ainda mantendo a resistência desejada do corpo 20 para suportar as forças que conduzem o corpo do vedador para baixo. O elemento de vedação 36 e o elemento protetor 46 são também mostrados na extremi- dade inferior do corpo do vedador 20.

[029] Com referência agora à figura 5, a porção superior do conjunto de veda- dor 10 e a ferramenta de força 90 são similares ao conjunto de vedador e ferramenta, previamente discutidos. O conjunto de vedador inclui preferivelmente anéis C de aper- to 22 e 24. A porção inferior do corpo do vedador 20 inclui uma base de metal 156 e um ou mais vedadores elastoméricos 150, 152, como discutido acima para o engate de vedação com a superfície exterior afunilada do suspensor do revestimento 16. Os vedadores elastoméricos 150, 152 são opcionais, desde que as protuberâncias ou ombros anulares elevados 151 na superfície radialmente interna do corpo do vedador acima e abaixo de cada vedador elastomérico formam uma vedação confiável de me- tal com metal com o suspensor do revestimento.

[030] Um primeiro elemento de metal externo 148 no corpo do vedador 20 pro- jeta radialmente para fora e para cima a partir da base do corpo do vedador 156 e for- ma um primeiro vão 156 exposto para a pressão do fluido acima e radialmente para fora do conjunto de vedador. O primeiro vão fica radialmente entre a base do corpo do vedador e o elemento projetado para cima. Um segundo elemento de metal externo 150 se projeta radialmente para fora e para baixo da base do corpo do vedador 156 e forma um segundo vão 154 aberto para a pressão do fluido abaixo e radialmente para fora do conjunto de vedador. O segundo vão fica radialmente entre a base do corpo do vedador e o elemento projetado para baixo. Cada um dos elementos de metal 148 e 150 tem uma superfície exterior 156, 158, respectivamente, que é substancialmente paralela a uma superfície interior da cabeça de poço. Essa superfície exterior se es- tende preferivelmente ao longo de um comprimento axial maior do que a largura radial máxima do elemento de metal respectivo.

[031] A figura 5 também ilustra os ombros anulares elevados 151 na superfície interna do corpo do vedador, com os ombros elevados opcionalmente espaçados aci- ma e abaixo de uma ranhura anular para receber um vedador elastomérico. Os om- bros elevados proporcionam a vedação final com o suspensor do revestimento e são significativamente achatados pela alta força que pressiona o conjunto de vedador para baixo, junto com o ângulo relativamente pequeno na superfície exterior do suspensor do revestimento. Esse ângulo na maior parte das aplicações será menor do que apro- ximadamente 7° e para muitas aplicações será de 4° - 5°. Em muitas aplicações, as forças radiais exercidas pelo conjunto de vedador na superfície interior da cabeça de poço e na superfície exterior do suspensor do revestimento serão de vários milhões de libras, dessa maneira efetivamente pré-carregando a cabeça de poço e o suspensor, de modo que a pressão do fluido nominal do equipamento por debaixo do conjunto de vedador causa pouca ou nenhuma separação adicional de vão entre essas superfí- cies, dessa forma mantendo uma vedação confiável.

[032] A ferramenta de assentamento e força 90 move o corpo do vedador para baixo da sua posição liberada e preestabelecida para sua posição assentada, isto é, sua posição axial final em que o corpo do vedador exerce a força desejada para mover uma porção da superfície interna da cabeça de poço radialmente para fora, e para mover uma porção da superfície externa do suspensor radialmente para dentro, dessa maneira pré-carregando ambos a cabeça de poço e o suspensor na localização axial das superfícies de engate no corpo do vedador. O corpo do vedador permanece nessa posição axial enquanto vedando o espaço anular do revestimento, embora os elemen- tos projetados para cima e para baixo 38 e 40, ou as pontas modificadas como mos- trado na figura 5, respondam à pressão do fluido para energizar mais o conjunto de vedador.

[033] A figura 5 também representa um vão anular 172 entre o elemento de metal superior 148 e o elemento de metal inferior 150. Esse vão anular é mostrado na figura 5 como uma configuração substancialmente samblada, e tanto proporciona um receptáculo de detritos para aumentar a efetividade da vedação quanto proporciona mais elasticidade para estimular o movimento radialmente para fora da superfície ex- terna 156, 158 de cada elemento de metal. Um elemento puxador 48 similar a esse mostrado na figura 3 pode ser fornecido na extremidade inferior do corpo do vedador. A ponta em balanço de cada elemento 148 e 150 pode ser produzida com uma extre- midade bulbosa leve, de modo que essa superfície de extremidade produz a vedação inicial com a superfície da cabeça de poço. Quando forças substanciais de assenta- mento são aplicadas no conjunto de vedador, essa extremidade bulbosa achata rapi- damente, tal que a superfície planar dos elementos 148 e 150 produz um engate de vedação efetivo com a cabeça de poço.

[034] As figuras 3 e 5 também ilustram uma sobreposição radial substancial entre a superfície interior do conjunto de vedador e a superfície exterior do suspensor do revestimento, e entre a superfície exterior do conjunto de vedador e a superfície interior da cabeça de poço. Aqueles versados na técnica verificam que essa sobrepo- sição obviamente não pode ocorrer, mas essa representação é útil para indicar a ex- tensão de deflexão de cada um, o suspensor do invólucro e a cabeça de poço, em resposta às elevadas forças de assentamento do vedador.

[035] A deflexão radial da superfície interna da cabeça de poço e da superfície externa do suspensor devido à ação da ferramenta de força agindo no conjunto de vedador preferivelmente causa a deflexão radial da cabeça de poço e do suspensor que é substancialmente igual a ou maior do que a deflexão radial que, de outra forma, ocorre nessas superfícies em resposta à pressão do fluido na pressão nominal por debaixo do conjunto de vedador. Para obter os benefícios significativos de um pré- carregamento, a força de pré-carregamento na superfície interna da cabeça de poço e na superfície externa do suspensor é pelo menos 70% da deformação da pressão do fluido dessas superfícies causada pela pressão do fluido na pressão nominal para o conjunto de vedador. Em muitas aplicações, a deformação de pré-carga dessas super- fícies através da ferramenta de força e conjunto de vedador será pelo menos 80% da deformação causada pela pressão do fluido no nível de pressão nominal.

[036] O corpo do vedador 20 é usado para executar a função de pré- carregamento e esse objetivo é realizado provendo uma superfície externa do corpo do vedador que engata a superfície interna da cabeça de poço e uma superfície inter- na do corpo do vedador que engata a superfície externa do suspensor. As forças subs- tanciais exercidas no corpo do vedador, assim, colocam a superfície interna do corpo do vedador em engate com o suspensor, mesmo embora os vedadores 51 e 52 pos- sam inicialmente se estender para fora da superfície interna do corpo do vedador. Uma porção sólida 98 do corpo do vedador se estende, assim, em uma direção radial pura a partir de uma superfície externa que engata a cabeça de poço em uma superfí- cie interna que engata o suspensor, desde que uma massa sólida entre essas superfí- cies permite que o corpo do vedador suporte as altas forças geradas pela ferramenta de força e o multiplicador de força devido à conicidade da superfície exterior do sus- pensor.

[037] O conjunto de vedador como revelado aqui é particularmente bem ade- quado para vedação entre uma superfície interior da cabeça de poço e a superfície exterior de um suspensor posicionado dentro da cabeça de poço. O conjunto de veda- dor é particularmente bem adequado para aplicações na subsuperfície, embora o con- junto de vedador possa também ser usado para vedar entre a cabeça de poço na su- perfície e um suspensor posicionado dentro da cabeça de poço na superfície. Nessa última aplicação, uma coluna de assentamento pode ser um tubular relativamente cur- to para posicionar o conjunto de vedador dentro da cabeça de poço na superfície. Vá- rios tipos de elementos de acionamento podem ser usados para ativar o conjunto de vedador.

[038] Embora modalidades específicas da invenção tenham sido descritas aqui em alguns detalhes, isso foi feito somente com a finalidade de explicar os vários as- pectos da invenção e não é planejado para limitar o escopo da invenção como definido nas reivindicações que seguem. Aqueles versados na técnica entenderão que a moda- lidade mostrada e descrita é exemplar, e várias outras substituições, alterações e mo- dificações incluindo, mas não limitado a essas alternativas de projeto especificamente discutidas aqui, podem ser feitas na prática da invenção sem se afastar do seu esco- po.

Claims

1. Conjunto de vedador para vedar entre uma superfície interior (14) em uma cabeça de poço (12) e uma superfície exterior afunilada (18) em um suspensor (16) posicionado dentro da cabeça de poço (12), o conjunto de vedador CARACTERIZADO por compreender: um corpo unitário (20) incluindo uma porção superior para engate com um ele- mento de acionamento (60) para mover o corpo unitário (20) axialmente para baixo para uma posição definida, o corpo unitário (20) incluindo uma porção inferior (34) su- portando um ou mais vedadores radialmente internos (51, 52) para vedação com a superfície exterior do suspensor (18) e suportando um ou mais vedadores radialmente exteriores para vedação com a superfície interior da cabeça de poço (14); um primeiro anel de travamento em formato de C (24) suportado no corpo uni- tário (20) e radialmente móvel para dentro para prender o conjunto de vedador (10) no suspensor (16); um segundo anel de travamento em formato de C (22) suportado no corpo uni- tário (20) e radialmente móvel para fora para prender o conjunto de vedador (10) na cabeça de poço (12); e o elemento de acionamento (60) axialmente móvel para baixo através de uma porção do corpo unitário (20) para forçar o segundo anel de travamento (22) radial- mente para fora para engate com a cabeça de poço (12) e para forçar o primeiro anel de travamento (24) radialmente para dentro para engate com o suspensor (16), o ele- mento de acionamento (60) incluindo uma pluralidade de pontas estendidas para baixo (66) espaçadas circunferencialmente ao redor do elemento de acionamento (60) e passando através das fendas espaçadas (94, 96) circunferencialmente no corpo unitá- rio (20) para engatar o primeiro anel de travamento (24).

2. Conjunto de vedador de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO por ainda compreender: uma pluralidade de recortes radialmente internos no corpo unitário (20), cada um formando uma fenda (96) para receber uma da pluralidade de pontas (66).

3. Conjunto de vedador de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO por ainda compreender: uma pluralidade de recortes radialmente externos no corpo unitário (20), cada um formando uma fenda (94) para receber uma da pluralidade de pontas (66).

4. Conjunto de vedador de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO por ainda compreender: o corpo unitário (20) incluindo um primeiro retentor (32) para engate com uma porção inferior do primeiro anel de travamento (24) para limitar o movimento radial- mente para dentro do primeiro anel de travamento (24); e o corpo unitário (20) incluindo um segundo retentor (26) para engate com uma porção inferior do segundo anel de travamento (22) para limitar o movimento radial- mente para fora do segundo anel de travamento (22).

5. Conjunto de vedador de acordo com a reivindicação 4, CARACTERIZADO por ainda compreender: um anel retentor (54) suportado no corpo unitário (20) para engate com uma porção superior do primeiro anel de travamento (24) para limitar o movimento radial- mente para dentro do primeiro anel de travamento (24).

6. Conjunto de vedador de acordo com a reivindicação 5, CARACTERIZADO por ainda compreender: o anel retentor (54) é axialmente fixado no corpo unitário (20).

7. Conjunto de vedador de acordo com a reivindicação 5, CARACTERIZADO por ainda compreender: o anel retentor (54) é em formato de C com extremidades opostas; e um espaçador agindo entre as extremidades opostas do anel retentor (54) para impedir que o anel retentor (54) feche inadvertidamente.

8. Conjunto de vedador de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o um ou mais vedadores radialmente internos (51, 52) no corpo unitá- rio (20) são ombros de metal anulares (151) em uma superfície radialmente interna do corpo unitário (20).

9. Conjunto de vedador de acordo com a reivindicação 4, CARACTERIZADO por ainda compreender: uma luva suportada no corpo unitário (20) e tendo um retentor de luva para en- gate com uma porção superior do segundo anel de travamento (22) para limitar o mo- vimento radialmente para fora do segundo anel de travamento (22).

10. Conjunto de vedador de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO por ainda compreender: um elemento puxador (48) suportado na porção inferior (34) do corpo do veda- dor (20) para vedar inicialmente com a superfície interior (14) na cabeça de poço (12), tal que a pressão do fluido acima do elemento puxador (48) puxa o conjunto de veda- dor (10) para baixo.

11. Conjunto de vedador para vedação entre uma superfície interior (14) em uma cabeça de poço (12) e uma superfície afunilada exterior (18) em um suspensor (16) posicionado dentro da cabeça de poço (12), o conjunto de vedador (10) quando em uso suportando uma alta pressão de fluido nominal por debaixo do conjunto de vedador (10) e entre a superfície interior da cabeça de poço (14) e a superfície exterior do suspensor (18), a alta pressão de fluido nominal abaixo do conjunto de vedador (10) forçando uma porção da superfície interior (14) da cabeça de poço (12) abaixo do conjunto de vedador (10) radialmente para fora por uma quantidade de expansão e forçando uma porção da superfície exterior (18) no suspensor (16) radialmente para dentro por uma quantidade de compressão, CARACTERIZADO pelo fato de que o conjunto de vedador (10) ainda compreende: um corpo do vedador (20) incluindo uma porção superior para engate com um elemento de acionamento (60) para mover o corpo do vedador (20) axialmente para baixo para assentar o conjunto de vedador (10), o corpo do vedador (20) incluindo uma porção inferior (34) suportando um ou mais vedadores radialmente internos (51, 52) para vedação com a superfície afunilada da superfície exterior do suspensor (18) e suportando um ou mais vedadores radialmente exteriores para vedação com a super- fície interior da cabeça de poço (14); e a porção inferior (34) do corpo do vedador (20) engatando a superfície exterior (18) afunilada no suspensor (16) e forçando uma porção da superfície interior (14) da cabeça de poço (12) radialmente para fora por pelo menos substancialmente a quanti- dade de expansão e forçando uma porção da superfície exterior (18) do suspensor (16) radialmente para dentro por pelo menos substancialmente a quantidade de com- pressão; o corpo do vedador (20) incluindo um primeiro retentor (32) para engate com uma porção inferior de um primeiro anel de travamento (24) para limitar o movimento radialmente para dentro do primeiro anel de travamento (24); e o corpo do vedador (20) incluindo um segundo retentor (26) para engate com uma porção inferior de um segundo anel de travamento (22) para limitar o movimento radialmente para fora do segundo anel de travamento (22).

12. Conjunto de vedador de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADO pelo fato de que a porção inferior (34) do corpo do vedador (20) inclui um elemento protetor (46).

13. Conjunto de vedador de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADO por ainda compreender: um elemento puxador (48) suportado na porção inferior (34) do corpo do veda- dor (20) para vedar inicialmente com a superfície interior (14) na cabeça de poço (12), tal que a pressão do fluido acima do elemento puxador (48) puxa o conjunto de veda- dor (10) para baixo.

14. Conjunto de vedador de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADO por ainda compreender: um anel retentor (54) suportado no corpo do vedador (20) para engate com uma porção superior do primeiro anel de travamento (24) para limitar o movimento radialmente para dentro do primeiro anel de travamento (24).

15. Conjunto de vedador de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADO pelo fato de que o um ou mais vedadores radialmente internos (51, 52) no corpo unitário (20) são ombros de metal anulares (151) em uma superfície radialmente interna do corpo unitário (20).

16. Método de vedação entre uma superfície interior (14) em uma cabeça de poço (12) e uma superfície exterior afunilada (18) em um suspensor (16) posicionado dentro da cabeça de poço (12), um conjunto de vedador (10) quando em uso supor- tando uma alta pressão de fluido nominal por debaixo do conjunto de vedador (10) e entre a superfície interior da cabeça de poço (14) e a superfície exterior do suspensor (18), a alta pressão de fluido nominal abaixo do conjunto de vedador (10) convencio- nalmente forçando uma porção da superfície interior da cabeça de poço (14) radial- mente para fora por uma quantidade de expansão e forçando convencionalmente uma porção da superfície exterior do suspensor (18) radialmente para dentro por uma quantidade de expansão, o método CARACTERIZADO por compreender: proporcionar um corpo do vedador (20) incluindo uma porção superior para en- gate com uma ferramenta de força e uma porção inferior (34) suportando um ou mais vedadores radialmente internos (51, 52) para vedação com a superfície exterior do suspensor (18) e suportando um ou mais vedadores radialmente exteriores para veda- ção com a superfície interior da cabeça de poço (14); e durante a instalação do conjunto de vedador (10), forçar o corpo do vedador (20) para baixo, tal que a porção inferior (34) do corpo do vedador (20) engata a super- fície exterior afunilada (18) no suspensor (16) e, em resposta à ferramenta de força, força uma porção da superfície interior (14) da cabeça de poço (12) engatada pela porção inferior (34) do conjunto de vedador (10) radialmente para fora por pelo menos substancialmente a quantidade de expansão e força uma porção da superfície exterior (18) do suspensor (16) engatado pela extremidade inferior do conjunto de vedador (10) radialmente para dentro por pelo menos substancialmente a quantidade de expansão; fornecer um primeiro retentor (32) no corpo do vedador (20) para engate com uma porção inferior de um primeiro anel de travamento (24) para limitar o movimento radialmente para dentro do primeiro anel de travamento (24); e proporcionar um segundo retentor (26) no corpo do vedador (20) para engate com uma porção inferior de um segundo anel de travamento (22) para limitar o movi- mento radialmente para fora do segundo anel de travamento (22).

17. Método de acordo com a reivindicação 16, CARACTERIZADO por ainda compreender: fornecer um elemento de proteção (46) na porção inferior (34) do corpo do ve- dador (20).

18. Método de acordo com a reivindicação 16, CARACTERIZADO por ainda compreender: suportar um elemento puxador (48) na porção inferior (34) do corpo do vedador (20) para vedar inicialmente com a superfície interior (14) na cabeça de poço (12), tal que a pressão do fluido acima do elemento puxador (48) puxa o conjunto de vedador (10) para baixo.

19. Método de acordo com a reivindicação 16, CARACTERIZADO por ainda compreender: suportar um anel retentor (54) no corpo do vedador (20), para engate com uma porção superior do primeiro anel de travamento (24) para limitar o movimento radial- mente para dentro do primeiro anel de travamento (24).

20. Método, conforme definido na reivindicação 19, CARACTERIZADO por ainda compreender: fixar o anel retentor (54) circunferencialmente no corpo do vedador (20).