BRPI0921134B1

BRPI0921134B1 - cabeça de poço para uso submarino

Info

Publication number: BRPI0921134B1
Application number: BRPI0921134A
Authority: BR
Inventors: Bjerke Bjorn
Original assignee: Treeless Dev As; West Oil Tools As
Priority date: 2008-12-02
Filing date: 2009-11-30
Publication date: 2019-09-10
Also published as: AU2009323070B2; AU2009323070A1; GB2477672B; NO20085014L; MY152242A; BRPI0921134A2; US20110259597A1; GB2477672A; NO329610B1; MX2011005797A; US8881827B2; GB201108362D0; WO2010064922A1

Abstract

"cabeça de poço que tem uma válvula de segurança integrada e método de produção da mesma" é aqui descrita uma cabeça de poço (1) para uso 5 submarino e um método de produção da mesma em que a cabeça de poço (1) é constituída por um corpo que tem um furo (3) através do mesmo e pelo menos um furo lateral (9f 11) para provisão de comunicação de fluido através da parede da cabeça de poço (1)f e onde a cabeça de poço (1) inclui um 10 suspensor de tubo (30) proporcionado com um furo (34) através do mesmo e um furo lateral (36) para provisão de comunicação de fluido entre urna coluna de tubagem ( 9') conectada ao suspensor de tubo (30) e um dos furos laterais ( 9) da cabeça de poço ( 1) f onde a cabeça de poço ( 1) é 15 proporcionada com pelo menos urna válvula de segurança interna ( 42 f 4 4) disposta para poder interromper a comunicação de fluido através da cabeça de poço (1).

Description

“CABEÇA DE POÇO PARA USO SUBMARINO [001] A presente invenção refere-se a uma cabeça de poço. Mais particularmente, a mesma se refere a uma cabeça de poço para uso submarino em que a cabeça de poço é constituída por um corpo que tem um furo através da mesma e pelo menos um furo lateral para proporcionar comunicação de fluido através da parede da cabeça de poço e onde a cabeça de poço inclui um suspensor de tubo proporcionado com um furo para provisão de comunicação de fluido entre uma coluna de tubo conectada ao suspensor de tubo e um dos furos laterais da cabeça de poço.

[002] Uma pessoa versada na técnica compreenderá que uma cabeça de poço em um poço submarino, tal como é conhecido a partir da exploração marítima de gás e petróleo, é a parte superior do poço em que os diversos revestimentos são encerrados e onde a cabeça de poço é a junção para uma árvore de Natal e uma possível válvula de segurança, um chamado BOP de furo em um poço submarino concluído.

[003] Uma árvore de Natal usada atualmente é tanto uma chamada árvore de Natal horizontal quanto uma chamada árvore de Natal vertical ou convencional. A diferença entre esses dois tipos de árvores de Natal é bem conhecida por uma pessoa versada na técnica e, por essa razão, não será discutida adicionalmente nesse documento.

[004] A seguir, a descrição é em grande parte direcionada à produção de fluidos a partir de poço de petróleo. Entretanto, deve-se compreender que a presente invenção pode ser usada igualmente em associação com um chamado poço injetor.

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2/14 [005] No presente relatório, indicações de posição, tais como em cima/embaixo” e inferior/superior” estão relacionadas às posições mútuas que as partes individuais têm nas figuras.

[006] Nos casos em que uma cabeça de poço é conectada a uma árvore de Natal horizontal, uma chamada coluna de tubo de produção ou tubulação de produção pode ser puxada sem a árvore de Natal ter que ser puxada. Se existir uma necessidade de substituir a árvore de Natal, por exemplo, por razões de manutenção, isso não pode ser feito sem também puxar a tubulação de produção.

[007] Nos casos em que uma cabeça de poço é conectada a uma árvore de Natal vertical, a árvore de Natal pode ser puxada sem a tubulação de produção ter que ser puxada ao mesmo tempo, mas a tubulação de produção pode não ser puxada sem a árvore de Natal também ter que ser puxada.

[008] Dessa forma, ambos os tipos de árvore de Natal têm desvantagens consideráveis que surgem em associação com uma necessidade de puxar a tanto a tubulação de produção quanto a árvore de Natal. Uma pessoa versada na técnica compreenderá que um chamado BOP (preventor de erupção) ou outro tipo de dispositivo de controle de poço terá que ser instalado duas vezes usando árvores de Natal horizontal ou vertical.

[009] O documento US 5.465.794 descreve um sistema de produção de poço e, particularmente, uma vedação hidráulica entre um suspensor de tubo e um elemento de cabeça de poço para provisão de fluido para uma válvula de segurança de fundo de poço hidráulica operada. A válvula de

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3/14 segurança está posicionada em uma coluna de tubulação de produção a montante da cabeça de poço de um poço de produção. A cabeça de poço é proporcionada com uma saída lateral para fluido de produção.

[0010] O documento US 6.076.605 descreve uma cabeça de poço que tem um furo de produção que se estende para fora através de uma parte lateral da cabeça de poço. A cabeça de poço é segura por meio de uma árvore de Natal posicionada sobre a cabeça de poço.

[0011] O documento WO 00/47864 descreve uma cabeça de poço que tem uma saída lateral. Uma árvore de Natal está posicionada no exterior da cabeça de poço.

[0012] Mesmo se os documentos mencionados acima solucionarem alguns dos desafios mencionados acima de que as cabeças de poço vertical e horizontal tradicionais são infestadas, as cabeças de poço de acordo com as publicações acima precisam ainda ter árvores de Natal pesadas e grandes ou bloqueios de válvula que têm impacto no sentido de dimensão na cabeça de poço. Dessa forma, tanto a produção, o armazenamento quanto o manuseio da árvore de Natal se tornam mais caros. Uma árvore de Natal do estado da técnica terá, tipicamente, um peso na ordem de 35 toneladas e têm uma área ocupada de 4 x 4 metros.

[0013] Há muito tempo, é um desejo da indústria ser capaz de produzir uma cabeça de poço com válvulas de segurança que são as melhores possivelmente protegidas contra influência externa. Particularmente, a mesma está de acordo com a

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4/14 produção offshore de petróleo em áreas ambientalmente vulneráveis e resistentes, tais como ao longo da costa do norte da Noruega e em áreas mais ao norte.

[0014] O objetivo da invenção é remediar ou reduzir pelo menos uma das desvantagens da do estado da técnica.

[0015] O objetivo é alcançado por meio das características citadas na descrição abaixo.

[0016] Em um primeiro aspecto da presente invenção, uma cabeça de poço para uso submarino é apresentada, a cabeça de poço sendo constituída por um corpo que tem um furo passante através do mesmo e pelo menos um furo lateral para a provisão de comunicação de fluido através da parede da cabeça de poço, e a cabeça de poço inclui um suspensor de tubo proporcionado com um furo passante através do mesmo e um furo lateral para provisão de comunicação de fluido entre uma coluna de tubulação conectada ao suspensor de tubo e um dos furos laterais da cabeça de poço, caracterizado pelo fato de que a cabeça de poço é proporcionada com pelo menos uma válvula de isolamento interno disposta para ser capaz de interromper a comunicação de fluido através da cabeça de poço, tal como em uma emergência. O furo lateral proporciona um furo que se estende a partir do furo passante através do mesmo e através da parede do suspensor de tubo.

[0017] A válvula de isolamento é proporcionada com uma chamada função fechada à prova de falhas” para que a válvula de isolamento fique disposta para ser capaz de bloquear a comunicação de fluido através da cabeça de poço. Em

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5/14 seguida, a válvula de isolamento é chamada, por essa razão, de uma válvula de segurança. A válvula de segurança pode ser mantida, por exemplo, em uma posição aberta por meio de uma força de acionamento a partir de um fluido pressurizado e ser fechada se a pressão de fluido cair abaixo de um nível predeterminado.

[0018] Por meio da colocação da pelo menos uma válvula de segurança que constitui uma parte do aparelho de controle de poço dentro da cabeça de poço ao mesmo tempo em que o furo de produção é conduzido através de um furo lateral na cabeça de poço, é possível proporcionar as barreiras necessárias entre o poço e o ambiente exterior para completar e produzir a partir de um poço submarino sem a necessidade por uma árvore de Natal. Isso tem a grande vantagem de que a perfuração e o acabamento de um poço podem ser realizadas com somente uma operação de instalação do BOP e de que não existe nenhuma necessidade de grandes navios para instalar uma árvore de Natal pesada. Por meio de adição de elementos de movimento para funções secundárias normalmente também dispostos na árvore de Natal tais como, mas não limitados a chamadas válvulas de interconexão, dispositivos para medição de fluxo e módulos de controle para uma instalação adjacente posicionada em uma fundação separada, é possível projetar um conjunto de cabeça de poço para um poço de produção ou um poço injetor sem a necessidade de um conjunto de árvore de Natal do estado da técnica.

[0019] Um procedimento típico para estabelecer um poço por meio da cabeça de poço da presente invenção será conforme segue:

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- subsequente à instalação da cabeça de poço de uma maneira conhecida per se, o BOP é posicionado com o propósito de ser capaz de segurar o poço durante a perfuração e a instalação de uma coluna de revestimento;

- o suspensor de tubo é instalado na cabeça de poço onde o suspensor de tubo ou uma parte da cabeça de poço é proporcionada com pelo menos uma válvula de segurança;

- uma Válvula de Segurança de Subsuperfície Controlada à Superfície (SCSSV) e a pelo menos uma válvula de segurança posicionada na cabeça de poço são fechadas, depois das quais um tampão de isolamento de poço é instalado na parte superior da cabeça de poço;

- o BOP é removido da cabeça de poço, e

- as conexões necessárias às instalações externas e aos sistemas de controle são estabelecidas e a pelo menos uma válvula de segurança e a SCSSV são abertas para que a produção a partir do poço possa iniciar.

[0020] Deve ser compreendido que, além disso, determinados procedimentos de teste e operações de trabalho terão que ser realizados entre as etapas individuais, que não são descritas. Entretanto, essas serão conhecidas por uma pessoa versada na técnica.

[0021] O suspensor de tubo pode incluir uma parte superior e uma parte inferior dispostas para poderem ser conectadas umas às outras, ou desconectadas umas das outras, de tal forma que a parte superior possa ser retirada ou inserida na

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7/14 cabeça de poço enquanto, ao mesmo tempo, a parte inferior permanece conectada à coluna de tubo.

[0022] Um suspensor de tubo que inclui uma parte superior e uma parte inferior também poderá ser instalado ao mesmo tempo na cabeça de poço.

[0023] De forma vantajosa, o furo lateral de suspensor de tubo é disposto na parte superior do suspensor de tubo.

[0024] De forma vantajosa, pelo menos uma da pelo menos uma das válvulas de segurança na cabeça de poço é posicionada na parte superior do suspensor de tubo de tal maneira que o furo passante e o furo lateral do suspensor de tubo possam ser fechados para o fluxo de fluido por meio da válvula de segurança.

[0025] Isso tem o efeito de que somente a parte superior do suspensor de tubo precisa ser retirada da cabeça de poço se existir uma necessidade de acesso ao furo lateral de cabeça de poço e/ou uma necessidade de manutenção da válvula de segurança.

Deve ser entendido que uma posição de

SCSSV a montante precisa ser fechada antes que um desprendimento a partir de um poço de produção ocorra.

[0026]

O pelo menos um furo lateral inclui um furo primário para o fluxo de fluido para dentro ou para fora do poço para que a comunicação de fluido por meio da cabeça de poço ocorra através do furo lateral e não através do furo passante da cabeça de poço.

0027]

Em uma modalidade, a cabeça de poço é proporcionada adicionalmente com pelo menos um furo secundário para acesso a um espaço anular no

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8/14 poço. Um ou mais espaços anulares podem ser monitorados, por exemplo, para ter controle de se a cimentação do revestimento é suficiente.

[0028] De forma vantajosa, pelo menos um furo lateral se estende através de um flange disposto no exterior da cabeça de poço. Isso facilita a conexão de tal linha de fluxo de fluido disposta para proporcionar uma conexão de fluido entre a cabeça de poço e uma instalação posicionada em alguma distância a partir da cabeça de poço.

[0029] Em um segundo aspecto da presente invenção é proporcionado um método para produzir uma cabeça de poço para uso submarino, a cabeça de poço sendo constituída por um corpo que tem um furo passante através do mesmo e pelo menos um furo lateral para provisão de comunicação de fluido através da parede de cabeça de poço, a pelo menos uma válvula de segurança sendo posicionada dentro da cabeça de poço para que o fluxo de fluido através da cabeça de poço possa ser fechado quando exigido, por exemplo, em uma emergência.

[0030] A seguir será descrito um exemplo de uma modalidade preferida ilustrada nos desenhos em anexo.

[0031] A Figura 1 mostra uma vista em seção transversal de uma cabeça de poço de acordo com a presente invenção onde a cabeça de poço fica posicionada em um poço no leito do mar, e onde a cabeça de poço é proporcionada com um furo lateral conectado a um duto.

[0032] A Figura 2 mostra em uma escala maior uma vista lateral em seção transversal da cabeça de poço da Figura 1.

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9/14 [0033]

Nas figuras, a referência numérica 1 denota uma cabeça de poço fixada a uma estrutura de sustentação 20. A estrutura de sustentação é fixada a uma armação, uma chamada estrutura múltipla apoiada sobre o leito do mar

22.

0034]

A cabeça de poço 1 é alocada a um flange que forma uma conexão a um ponto conector 14 entre a cabeça de poço 1 e a linha de fluido 15.

O ponto conector 14 forma, desse modo, uma conexão de fluido entre a cabeça de poço 1 e uma instalação não mostrada posicionada a uma distância a partir da cabeça de poço 1. A instalação pode ser, por exemplo, mas não está limitada a uma planta terminal para fluido produzido, ou uma bomba de injeção.

instalação não mostrada preferencialmente sustentada relativamente fundação separada de cabeça de poço 1 e não por meio da própria cabeça de poço 1. Desse modo, os problemas relacionados às cargas de momento fletor na cabeça de poço é pelo menos muito reduzida.

0035]

Referindo-se à Figura 2, a cabeça de poço mostrada em detalhes maiores. A cabeça de poço 1 proporcionada com um furo passante através da mesma que se estende entre uma primeira parte de extremidade inferior 5 e uma segunda parte de extremidade superior 7 da cabeça de poço 1. Uma camisa de vedação 8 é fixada por meio de uma conexão rosqueada à parte de extremidade superior 7 da cabeça de poço

1. A camisa de vedação 8 contribui no isolamento do interior da cabeça de poço 1 a partir do ambiente circundante.

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10/14 [0036] A cabeça de poço 1 é proporcionada com um furo primário 9 que se estende através da parede da cabeça de poço 1 de modo a ser capaz de proporcionar uma possibilidade para comunicação de fluido através da mesma.

[0037] O furo primário 9 é adaptado dimensionalmente para, por exemplo, uma coluna de tubulação de produção 9' para que o poço possa ser produzido através do furo primário 9.

[0038] Por si só, suspensores de revestimento conhecidos para a sustentação dos revestimentos 10, 10' são fixados em uma parte inferior da cabeça de poço 1 através do furo 3.

[0039] Na modalidade mostrada, a cabeça de poço 1 é proporcionada adicionalmente com um furo secundário 11 disposto para acesso a um espaço anular 12 na cabeça de poço 1. O monitoramento que a cimentação dos revestimentos 10, 10' é satisfatório, será possível por meio do furo secundário 11, na medida em que um vazamento resultará em um fluxo de fluido no interior do espaço anular 12.

[0040] Na Figura 2 é mostrado adicionalmente um suspensor de tubo 30 posicionado no furo passante 3 da cabeça de poço 1.

[0041] O suspensor de tubo 30 é fixo na cabeça de poço 1 de uma maneira conhecida per se por meio de um elemento de retenção.

[0042] Na modalidade mostrada, o suspensor de tubo 30 consiste em uma parte superior 31 e uma parte inferior 32.

[0043] A parte superior 31 e a parte inferior 32 do suspensor de tubo 30 são proporcionadas com um furo passante 34 que se estende

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11/14 coaxialmente com o furo passante 3 da cabeça de poço

1.

[0044] Através de um elemento de orientação 33 conhecido per se disposto na parte superior 31 e na parte inferior 32 do suspensor de tubo 30, uma orientação mútua correta entre as partes é proporcionada. Além disso, um meio de orientação conhecido per se (não mostrado) é disposto entre pelo menos uma da parte superior 31 e/ou parte inferior 32 do suspensor de tubo 30 e o furo interno 3 do suspensor de tubo para que um furo lateral 36 no suspensor de tubo 30 esteja disposto coaxialmente com o furo primário 9 da cabeça de poço 1. O furo lateral 36 e o furo primário 9 proporcionam um canal de comunicação de fluido a partir do furo passante 34 e através da parte de parede do suspensor de tubo 30.

[0045] O suspensor de tubo 30 é proporcionado, em sua parte superior, com um tampão de isolamento de poço, um chamado tampão de coroamento 38. O propósito do tampão de coroamento 38 é fechar aquela parte do furo passante 34

posicionado acima do furo lateral 36.
[0046] O suspensor de	tubo	30	é
proporcionado com duas válvulas de segurança	42,	44
dispostas para serem capazes fechar o	furo	34	tal

como em uma emergência. As válvulas de segurança são de um chamado tipo fechado à prova de falha” e têm o mesmo propósito que as válvulas de segurança conhecidas dispostas relativamente à árvore de Natal externamente dispostas da cabeça de poço 1. Dessa forma, as válvulas de segurança 42, 44 são posicionadas na própria cabeça de poço 1 em vez de

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12/14 serem posicionadas externamente à mesma conforme é conhecido até então. A necessidade de uma árvore de Natal externa é eliminada dessa forma.

[0047] As válvulas de segurança 42, 44 são posicionadas e seguras nas posições desejadas por meios dispositivos de fixação e posicionamento conhecidos per se, mas não mostrados.

[0048] As válvulas de segurança 42, 44 são dispostas para serem controladas remotamente por meio de elementos conhecidos per se. Os elementos são comunicados às válvulas de segurança 42, 44 e possivelmente a outros instrumentos e válvulas não mostrados dispostos abaixo, isto é, a montante do suspensor de tubo 30 através de um furo de controle 50 que se estende através do suspensor de tubo 30. A válvula de segurança adicional não mostrada, a chamada SCSSV (Válvula de Segurança de Subsuperfície Controlada à Superfície) disposta de uma maneira conhecida per se mais abaixo do poço, também será controlada tipicamente através do furo de controle 50.

[0049] Uma conexão de fluido entre o furo de controle 50 na parte superior 31 e na parte inferior 32 de suspensor de tubo 30 é proporcionada por meio de conectores hidráulicos conhecidos per se dispostos nas superfícies conectoras das partes.

[0050] As válvulas de segurança 42, 44 são, na modalidade mostrada, posicionadas na parte superior 31 do suspensor de tubo 30. Entretanto, deve ser compreendido que as válvulas de segurança 42, 44 podem ser posicionadas em qualquer lugar na cabeça de poço 1 a montante do furo lateral 36. Uma das vantagens do posicionamento das válvulas de

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13/14 segurança 42, 44 na parte superior 31 é que as válvulas 42, 44 podem ser retiradas facilmente da cabeça de poço 1 se existir uma necessidade de manutenção ou substituição. A válvula de segurança adicional terá que ser ativada antes de as válvulas de segurança 42, 44 serem retiradas de um poço de produção. Uma pessoa versada na técnica compreenderá que a camisa de vedação 8, que também é chamada de uma tampa de alta pressão, é removida antes de a parte superior 31 do suspensor de tubo 30 ser retirada do furo 3 na cabeça de poço 1.

[0051] Pelo fato de a parte superior 31 e a parte inferior 32 constituírem o suspensor de tubo 30 na modalidade mostrada, a parte superior 31 pode ser retirada da cabeça de poço 1 independentemente da parte inferior 32. Dessa forma, a tubulação de produção 9' será capaz de permanecer no poço, por meio da parte inferior 32, mesmo quando a parte superior 31 for arrancada do poço.

[0052] Para impedir que fluidos possam fluir entre a face lateral externa do suspensor de tubo 30 e a superfície interna da cabeça de poço 1, o suspensor de tubo 30 é proporcionado com meios de vedação na forma de obturadores 46 posicionados acima e abaixo do furo lateral 36. Na modalidade mostrada, os obturadores 46 são colocados em sulcos proporcionados na parte de parede do suspensor de tubo 30. Os obturadores 46 podem ser do tipo de elastômero e/ou do tipo metal para metal.

[0053] Devido ao furo lateral 9, uma pessoa versada na técnica compreenderá que a cabeça de poço 1 de acordo com a presente invenção proporciona uma possibilidade para poder puxar tal

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14/14 como uma tubulação de produção independentemente de uma instalação não mostrada posicionada na extensão da linha de fluido 15 (vide Figura 1). Da mesma maneira será possível manusear a instalação independentemente de tal tubulação de produção. Por meio da sustentação da instalação que é conectada à cabeça de poço 1 através de uma fundação separada, as forças transferidas para a cabeça de poço 1 serão pelo menos muito reduzidas.

[0054] Com a colocação das válvulas de segurança 42, 44 internamente na cabeça de poço 1 conforme sugerido, as válvulas de segurança 42, 44 serão bem protegidas contra influências externas que podem ser capazes de influenciar a funcionalidade das válvulas de uma maneira adversa.

[0055] Além disso, a necessidade por uma montagem de árvore de Natal pesada e volumosa é eliminada ao mesmo tempo em que o procedimento de instalação se torna mais simples e mais rápido devido ao fato de que o BOP é posicionado na a cabeça de poço e removido da mesma somente uma vez, enquanto que duas vezes são necessárias de acordo com a técnica anterior.

[0056] A presente invenção proporciona, dessa forma, vantagens em relação tanto à segurança quanto ao custo vistos em relação às soluções de cabeça de poço de acordo com o estado da técnica.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Cabeça de poço (1) para uso submarino, configurada para uso sem uma árvore de Natal em anexo, a cabeça de poço (1) compreendendo: um corpo tendo um furo passante (3) através do mesmo e pelo menos um furo lateral (9, 11) para provisão de comunicação de fluido através da parede da cabeça de poço (1), e a cabeça de poço (1) incluindo um suspensor de tubo (30), o suspensor de tubo (30) sendo disposto dentro do corpo e proporcionado com um furo passante (34) através do mesmo e um furo lateral (36) estando em comunicação de fluido com o furo lateral (9) do corpo, o furo lateral provendo comunicação de fluido entre uma coluna de tubulação (9') conectada ao suspensor de tubo (30), caracterizada pelo fato de uma linha de fluxo proporcionar uma conexão de fluido entre a cabeça de poço e uma instalação posicionada a alguma distância a partir da cabeça de poço (1), em que a cabeça de poço (1) é proporcionada com pelo menos uma válvula de segurança interna (42, 44) disposta para ser capaz de interromper a comunicação de fluido através da cabeça de poço (1), onde a pelo menos uma válvula de segurança interna (42, 44) proporciona uma segunda de duas barreiras de poço contra um ambiente externo e onde uma primeira barreira de poço contra o ambiente é uma válvula de segurança de subsuperfície controlada à superfície.
2. Cabeça de poço (1), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a pelo menos uma válvula de segurança interna (42, 44) é de um tipo acionado para uma posição aberta por

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2/2 meio de uma força de acionamento e fecha quando a força de acionamento é reduzida ou cessada.
3. Cabeça de poço (1), de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que a pelo menos uma válvula de segurança interna (42, 44) é controlada remotamente.
4. Cabeça de poço (1), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o suspensor de tubo (30) inclui uma parte superior (31) e uma parte inferior (32) dispostas para serem capazes de serem conectadas uma a outra ou desconectadas uma da outra de tal maneira que a parte superior (31) possa ser retirada da cabeça de poço (1), ou inserida na mesma enquanto, ao mesmo tempo, a parte inferior (32) permanece conectada à coluna de tubulação (9').
5. Cabeça de poço (1), de acordo com a reivindicação 4, caracterizada pelo fato de que o furo lateral (36) do suspensor de tubo (30) é disposto na parte superior (31) do suspensor de tubo (30).
6. Cabeça de poço (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizada pelo fato de que pelo menos uma da pelo menos uma válvula de segurança (42, 44) na cabeça de poço (1) é posicionada na parte superior (31) do suspensor de tubo (30) de tal maneira que o furo passante (34) e o furo lateral (36) do suspensor de tubo (30) podem ser fechados por meio da válvula de segurança (42, 44).