BR102013026540A2 - cabo para fornecer energia para uma bomba submersível elétrica (esp), aparelho, e método - Google Patents
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Abstract
cabo para fornecer energia para uma bomba submersível elétrica (esp), aparelho e método um cabo para fornecer energia para uma bomba submersível elétrica (esp) inclui um condutor elétrico disposto helicoidalmente/ pelo menos uma camada de polímero extrusada para incorporar o condutor elétrico disposto helicoidalmente e um tubo metálico soldado com costura estirado sobre a camada de polímero duro/ todos fornecendo resistência a produtos químicos corrosivos a elevadas pressões e temperaturas de fundo de poço. em uma implementação i a disposição helicoidal dos componentes de cabo 1 polímeros de amortecimento adicionados e geometria/ e um tubo metálico sem chumbo compensam a tensão e a expansão térmica diferencial para manter o cabo protegido contra entrada de produtos químicos corrosivos. um exemplo de método de fabricação inclui extrusar uma camada de polímero para incorporar o condutor elétrico disposto helicoidalmente/ soldar com costura uma tira metálica para formar um tubo metálico em torno da camada de polímero e estirar o tubo metálico para baixo para encaixar firmemente em torno da camada de polímero.
Description
CABO PARA FORNECER ENERGIA PARA UMA BOMBA SUBMERS fVEL ELÉTRICA (ESP), APARELHO, E MÉTODO
FUNDAMENTOS
Os poços de petróleo dependem da pressão de gás natural para impulsionar o petróleo bruto para a superfície. Em campos ou poços petrolíferos maduros com óleo pesado, a pressão do gãs pode diminuir e ser insuficiente para trazer o petróleo até à superfície. Bombas submersíveis elétricas (na sigla em inglês para electrical submersible pumps, ESPs) se fixam ao fundo de uma coluna de produção e bombeiam petróleo a partir do fundo do poço. A energia para as ESPs é fornecida por meio de cabos relativamente permanentes projetados para implantação em longo prazo. Mas o ambiente de fundo de poço pode conter produtos químicos severos, tais como sulfeto de hidrogênio (H2S) e dióxido de carbono (C02) em elevadas pressões e temperaturas. Dada a implantação em longo prazo dos cabos, os cabos muitas vezes sofrem danos químicos e térmicos. Uma técnica convencional faz a extrusão de uma camada de metal de chumbo sobre os condutores, mas o peso de chumbo aumenta consideravelmente o peso total (cabos longos podem pesar várias toneladas). Além disso, o metal de chumbo é inflexível e não dobra facilmente sobre tambores e polias. Quando dobrado em menores raios (sobre polias) um revestimento de chumbo é frágil e propenso a pequenas fissuras radiais as quais permitem que fluidos e gases penetrem e danifiquem os condutores.
SUMÁRIO
Um cabo exemplar para fornecer energia a uma bomba submersível elétrica (na sigla em inglês para electrical submersible pump, ESP) inclui um condutor elétrico disposto helicoidalmente, pelo menos uma camada de polímero incorporando o condutor elétrico, e um tubo metálico soldado com costura tubo estirado sobre a camada de polímero, todos fornecendo resistência a produtos químicos corrosivos em pressões e temperaturas elevadas no fundo do poço. A disposição helicoidal dos cabos, polímeros de amortecimento e tubo metálico sem chumbo pode compensar a tensão e a expansão térmica diferencial para manter o cabo exemplar protegido contra a intrusão dos produtos químicos corrosivos, em caso de pequenos furos e fissuras. Um exemplo de método de fabricação inclui extrusão de uma camada de polímero para incorporar um condutor elétrico disposto helicoidalmente, soldagem com costura de uma tira metálica para formar um tubo metálico em torno da camada de polímero e estiramento do tubo metálico para baixo para encaixar firmemente em torno da camada de polímero. Esta seção de sumário não se destina a dar uma descrição completa dos cabos de bombas submersíveis elétricas para ambientes severos. Uma descrição detalhada com exemplos de modalidades segue.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS A Fig. 1 é um diagrama de exemplo de membros de condutor disposto helicoidalmente. A Fig. 2 é um diagrama de um exemplo de tubo metálico soldado com costura estirado sobre os condutores e isolamento de polímero duro e método de fabricação. A Fig. 3 é um diagrama de um cabo exemplar de ESP com camadas de polímero duro e polímero macio adjacentes a um tubo metálico soldado com costura, e método de fabricação. A Fig. 4 é um diagrama de um cabo exemplar de ESP com uma superfície de polímero duro serrilhada para ancorar uma camada de polímero macio e método de fabricação. A Fig. 5 é um diagrama de cabo exemplar de ESP com uma camada de fios sintéticos para compensar expansão térmica, e método de fabricação. A Fig. 6 é um diagrama de um exemplo de fio sintético revestido com um polímero macio para uso em um cabo de ESP de exemplo. A Fig. 7 é um diagrama de cabo exemplar de ESP com uma camada de fio sintético incorporada em polímero macio, e método de fabricação. A Fig. 8 é um diagrama de um cabo exemplar de ESP com uma camada de polímero duro serrilhado para amortecer e compensar expansão térmica, e método de fabricação.
A Fig. 9 é um diagrama de um exemplo de cabo de ESP com uma camada de polímero espumado de célula fechada. A Fig. 10 é um diagrama de exemplo com um cabo de ESP com uma camisa externa macia tendo uma armadura de membros de resistência e polímero resistente à corrosão. A Fig. 11 é um fluxograma de um exemplo de método de construção de um cabo de bomba submersível elétrica para ambientes severos.
DESCRIÇÃO DETALHADA
Visão geral Esta divulgação descreve cabos de bomba submersível elétrica (na sigla em inglês para electrical submersible pump, ESP) para ambientes severos. As ESPs para a indústria de petróleo e gãs suportam um ambiente severo, incluindo profundidades de poços terrestres e submarinos de até 12000 pés, elevadas pressões de até 5.000 libras por polegada quadrada, elevadas temperaturas de até 150 graus Celsius, que podem flutuar descontroladamente, e fluidos e gases corrosivos a elevadas temperaturas e pressões, tal como sulfeto de hidrogênio (H2S) e dióxido de carbono (C02) a elevada temperatura pressurizados. Além disso, os cabos que fornecem energia para uma ESP, embora resistindo ao ambiente severo, devem carregar de forma confiável alta amperagem a elevada voltagem através de uma distância que pode ser de várias milhas de profundidade, para alimentar motores de bombas que podem gerar 1000 cavalos de potência ou mais.
Os cabos exemplares aqui descritos são capazes de suportar a exposição em longo prazo ao calor, pressão, gases, liquidos e energia elétrica encontrada no ambiente de fundo de poço. Os cabos exemplares compensam os diferentes coeficientes de expansão térmica dos componentes de cabo usando uma configuração helicoidal para os condutores, camadas, e armaduras e empregando geometria, esquemas de amortecimento e polímeros estratégicos que fornecem espaço para expansão, quando necessário, dentro de armaduras tubulares metálicas. Os polímeros colocados estrategicamente são formulados para intumescer na presença de fluidos de poço fornecendo resistência à infiltração e migração de fluidos e gases de fundo do poço.
Cabos Exemplares A Fig. 1 mostra um cabo exemplar 100 com três membros de condutor separados 102. Os três membros de condutor separados 102 podem ser rodeados ou ainda revestidos em uma ou mais camadas externas 104, tal como polímeros ou armadura metálica. Cada membro de condutor 102 inclui um condutor sólido metálico 106 (fio, fio trançado, fio entrançado, conduto, e assim por diante) para transportar energia elétrica, incorporado em um isolamento elétrico. O cabo exemplar 100 pode ter uma configuração helicoidal de seus condutores metálicos 106, de seus membros de condutor isolados 102 e de suas camadas externas 104. A configuração helicoidal pode consistir em uma configuração de hélice aberta em torno de um eixo de cabo, enrolamento ou entrançamento helicoidal, ou uma leve torção fabricada em um ou mais dos componentes. A configuração helicoidal de um ou mais componentes de cabo fornece alguma tolerância para a expansão e contração térmica dos componentes, os quais podem ter, cada qual, diferentes coeficientes de expansão térmica. Ou seja, a geometria da configuração helicoidal pode fornecer algum espaço de seção transversal para expansão térmica de um componente de cabo e também pode fornecer alguma folga longitudinal. Quando o cabo 100 fica quente, a geometria helicoidal do cabo 100 pode destorcer ligeiramente para acomodar expansão térmica longitudinal de um componente. Quando o cabo 100 esfria, a torção da hélice pode ficar apertada para acomodar contração térmica de um componente de cabo. A Fig. 2 mostra um cabo exemplar 200 com um tubo de aço soldado com costura 202 estirado sobre os membros de condutor isolados 2 04 . Os membros de condutor 2 04 são protegidos por solda com costura do tubo metálico 202 sobre os membros de condutor 204 e, em seguida, estiramento do tubo 202 para baixo até ele encaixar firmemente sobre a camada de polímero duro 206 isolando cada membro de condutor 204. Um filete 208 do processo de solda com costura pode criar uma nervura longitudinal dentro do tubo. O tubo de aço 202 fornece boa proteção, embora quando o tubo 202 é estirado sobre o polímero duro 206, uma folga 210 seja criada entre o polímero 206 e o tubo 202. Gases ou fluidos pressurizados invadindo o interior podem se deslocar ao longo desta folga 210 e podem causar danos ao condutor 204 ou podem inundar a terminação em uma extremidade do cabo 200. A Fig. 3 mostra um processo de fabricação exemplar para construir outro cabo metálico revestido em tubo exemplar 300 com membros de condutor isolados por polímeros 302. 0 cabo exemplar 300 tem um condutor metálico entrançado ou sólido 302 revestido em um isolamento adequado 304. Uma camada de polímero macio 306 é adicionada no topo do isolamento 304. Um tubo metálico 308 é soldado com costura sobre a camada externa de polímero macio 306 e, em seguida, o tubo metálico 308 é estirado 310 para encaixar firmemente sobre o polímero macio 306. O polímero macio 306 pode ser colado ao isolamento 304.
Em uma implementação, o isolamento 304 é uma camada de polímero duro 304 extrusado sobre o condutor metálico entrançado ou de núcleo sólido 302 para fornecer tanto isolamento elétrico quanto proteção física. Uma camada externa de polímero macio 305 é, então, extrusada sobre a camada de polímero duro 304. Em seguida, uma tira metálica adequada é usada para criar o tubo metálico 308 sobre o membro de condutor 302. A tira metálica 308 é passada através de uma série de matrizes de modelagem conforme necessário para criar um tubo metálico 308 sobre o condutor 302 e as camadas de polímero. Quando o tubo metálico 308 é formado, as bordas são soldadas com costura para completar o tubo 308. O tubo metálico 308 é estirado para encaixar firmemente sobre a camada macia externa 306 do condutor 302. O polímero macio 306 se conforma contra o interior do tubo metálico 308 e o filete da solda com costura, se houver, para preencher quaisquer espaços intersticiais que possam estar presentes. O polímero duro 304 usado como isolante elétrico em um membro de condutor individual, tal como o cabo 300, por exemplo, pode ser feito de poli(éter-éter-cetona -- PEEK) cristalizado, monômero de dieno etileno-propileno (na sigla em inglês para ethylene-propylene diene monomer, BPDM) de grau de isolamento, polipropileno, um fluorpolímero de perfluoralcóxi (PFA), um polímero de etileno propileno fluorado (na sigla em inglês para fluorinated ethylene propylene, FEP) , ou outro polímero adequado com base em características físicas, elétricas e de ligação.
Como uma camisa externa sobre os condutores de cobre isolados 302, um polímero macio 306, tal como monômero de dieno etileno-propileno (EPDM), PEEK amorfo, FEP, PFA, fluorplástico de etileno-tetrafluoretileno (ETFE) modificado por TEFZEL, fluoreto de polivinilideno (na sigla em inglês para polyvinylidene fluorode, PVDF) ou outro polímero macio 3 06 adequado pode ser usado para permitir que a camisa macia deforme e para preencher o espaço entre o filete de solda e a casca metálica (TEFZEL: DuPont Corporation, Wilmington, DE) . Tal polímero macio 306 pode ser extrusado sobre os condutores agrupados para preencher os interstícios entre os condutores. O polímero macio 306 pode ser ligãvel ao polímero duro 304 abaixo. 0 polímero macio 306 usado tem uma resistência muito alta a produtos químicos severos, tal como sulfeto de hidrogênio e dióxido de carbono, para proteger o isolamento 304 no caso de haver um furo ou outra ruptura no revestimento metálico 308. O tubo metálico soldado com costura 3 08 pode ser feito de uma liga que pode suportar fatores ambientais severos de fundo de poço (por exemplo, sulfeto de hidrogênio ou dióxido de carbono a elevadas temperaturas e pressões), tal como inconel, HC 265, MP 35 ou outra liga adequada; ou o tubo metálico 308 pode ser construído de um aço adequado em um revestimento quimicamente resistente (níquel, molibdênio ou outra combinação adequada de materiais de liga). A Fig. 4 mostra um cabo metálico revestido em tubo exemplar 400 que tem condutores 402, uma camada de polímero duro 404 com superfície serrilhada, uma camada externa de polímero macio 406 e cladeamento de metal 408. O cabo exemplar 400 é semelhante àquele mostrado na Fig. 3, exceto que o cabo exemplar 400 tem uma segunda camada de polímero duro 412 com uma superfície serrilhada 414 aplicada sobre a primeira camada de polímero duro 404. A superfície serrilhada 414 permite que o polímero macio externo 406 agarre mais eficazmente à camada de polímero duro 404 abaixo e mantenha a camada de polímero macio 406 no lugar. A Fig. 4 representa um processo de fabricação exemplar para fazer o cabo exemplar 400 com superfície serrilhada 414 para prender a camada de polímero macio 406. A primeira camada de polímero duro 404 é extrusada ao longo de um condutor metálico único ou entrançado 402 para fornecer isolamento elétrico e proteção física. Uma segunda camada de polímero duro 412 com uma superfície externa serrilhada 414 é extrusada sobre a primeira camada de polímero duro 404. Em uma implementação, a segunda camada de polímero duro 412 pode ser do mesmo material que a primeira camada de polímero de isolamento 404 e pode ser uma matriz única contínua que pode ser extrusada em uma etapa sobre o condutor metálico 402. Em seguida, uma camada externa de polímero macio 406 é extrusada sobre a segunda camada de polímero duro 412. A camada de polímero macio 406 pode ser ligada à superfície serrilhada 414 do polímero duro 412 abaixo. Uma tira metálica adequada é usada para criar um tubo metálico 408 sobre o condutor 402. A tira metálica 408 é passada através de uma série de matrizes de moldagem como necessário para criar um tubo metálico 408 sobre o condutor 402. Quando o tubo metálico 408 é formado, as bordas são soldadas com costura para completar o tubo 408. Em seguida, o tubo metálico 408 é estirado para encaixar firmemente sobre a camada de polímero macio externa 412 do condutor 402. A camada de polímero macio 412 se conforma contra o interior do tubo metálico 408 para preencher quaisquer espaços intersticiais. O material de polímero macio 412 pode ser um fluorpolímero, tal como PFA; pode ser FEP, TEFZEL, fluoreto de polivinilideno (PVDF) ou polímeros semelhantes que tenham elevada resistência a produtos químicos severos, tal como sulfeto de hidrogênio e dióxido de carbono. 0 material de polímero macio 412 protege o isolamento 4 04 no caso de haver um furo no revestimento metálico 408. A Fig. 5 mostra um cabo exemplar 500 tendo condutores 502 revestidos em tubo metálico 508 com expansão térmica compensada por um fio servo ou uma camada de fio extrusada 512.
Em uma implementação, o cabo exemplar 50 0 tem um condutor metálico entrançado ou sólido 502 revestido em um polímero de isolamento adequado 5 04 . Uma camada de fio sintético fina 512 feita de vidro, KEVLAR, poliamida, poliéster, acrílico, politetrafluoretileno (PTFE), ou outra fibra sintética é colocada acima do isolamento 504 (KEVLAR: DuPont Corporation, Wilmington, DE) . Sobre os fios sintéticos colocados 512 uma camada de polímero macio 506 é adicionada no topo. Um tubo metálico 508 é soldado com costura sobre a camada de polímero macio externa 506 e, em seguida, o tubo metálico 508 é estirado para encaixar firmemente sobre o polímero macio 506. Em operação, o ar na camada de fio sintético colocada 512 comprime para compensar a pressão induzida por expansões térmicas diferenciais de diferentes componentes. Uma trança na camada de fio 512 não é usada porque uma trança cria mais pressão no isolamento 504 devido ao cruzamento de fio ou fibra nos pontos de trança. A Fig. 5 também representa um processo de fabricação exemplar para fazer um cabo exemplar 500 com uma camada de fio 512. Uma camada de polímero duro 504 é extrusada sobre um condutor metálico entrançado ou único 502 para fornecer isolamento elétrico e proteção física. Uma camada fina de fio sintético colocado 512 é aplicada sobre a camada de isolamento 504. Em seguida, uma camada externa de polímero macio 506 é extrusada sobre o fio sintético colocado 512. Uma tira metálica adequada é usada para criar um tubo metálico 508 sobre as camadas adjacentes. A tira metálica 508 é passada através de uma série de matrizes de moldagem como necessário para criar o tubo metálico 508 sobre o condutor subjacente 502 e outras camadas. Quando o tubo metálico 508 está sendo formado, as bordas são soldadas com costura para completar o tubo metálico 508. O tubo metálico 508 é, então, estirado para encaixar firmemente sobre a camada macia externa 506 do condutor interno 502. O polímero macio 505 se conforma contra o interior do tubo metálico 508 para preencher qualquer espaço intersticial. O material de polímero macio 506 pode ser feito de f luorpolímero, tal como PFA, FEP, TEFZEL, fluoreto de polivinilideno (PVDF) ou polímeros semelhantes que tenham resistência muito alta a produtos químicos severos, tal como sulfeto de hidrogênio ou dióxido de carbono. O polímero macio 506 protege a camada de fios 512 e a camada de isolamento 504 no caso de haver um furo na cobertura metálica 508. A Fig. 6 mostra um exemplo de composição de um fio sintético revestido 600 para uso em um cabo exemplar 700 para ambientes severos. Os fios sintéticos revestidos exemplares 600 têm fibras de fios ou filamentos 602 que são revestidos ou envolvidos em polímero macio 604. Os bolsões de ar 606 de vários tamanhos presentes nos e entre os filamentos de fio sintético 602 comprimem para compensar a expansão térmica de outros componentes no cabo exemplar 700 . A Fig. 7 mostra um processo de fabricação exemplar para fazer o cabo exemplar 700 incluindo fio sintético revestido 600 no qual o trançamento de fio 602 em si é revestido ou envolvido em polímero macio 604. O cabo exemplar 700 tem um condutor metálico sólido ou entrançado 7 02 que é revestido em um isolamento de polímero duro adequado 704. O fio sintético revestido 600 é cabeado sobre a camada de isolamento de polímero duro 704, que por sua vez incorpora os condutores metálicos 702. O fio sintético revestido 600 pode ser feito de vidro, KEVLAR, Poliamida, poliéster, acrílico, politetrafluoretileno (PTFE), ou outras fibras sintéticas, revestido em polímero macio 604. Imediatamente após o fio sintético revestido 600 ser aplicado, o polímero macio 604 revestindo o fio 600 pode ser fundido para formar uma camisa contínua se estendendo radialmente a partir da camada de isolamento de polímero duro 704 do cabo exemplar 700 em direção à periferia externa onde a camisa metálica 708 será colocada, eliminando a necessidade de outra extrusão separada do polímero macio 604 ser aplicada sobre a camada colocada 600 . O fio sintético revestido 600 minimiza a quantidade de ar no sistema e também evita um caminho de passagem para gases se deslocarem em espaços que podem não ficar preenchidos dentro do cabo. Uma folha metálica 708 é, então, laminada e soldada com costura para se tornar o tubo metálico 708 sobre o fio extrusado de polímero macio fundido 600 e, em seguida, o tubo metálico 708 é estirado para encaixar firmemente sobre o fio sintético revestido com polímero macio 600. O ar 606 no fio sintético revestido 600 pode comprimir para compensar a pressão induzida por diferentes expansões térmicas dos diferentes componentes do cabo exemplar 700. Em uma implementação, outra camada explícita de polímero macio 706 pode ser aplicada sobre o polímero macio 604 que incorpora o trançamento de fio 602. A Fig. 8 mostra um cabo exemplar 800 semelhante àquele da Fig. 4, exceto que o cabo exemplar 800 omite a camada de polímero macia 404 sobre a camada de polímero duro serrilhado 812. No caso de expansão térmica excessiva no ambiente de fundo de poço, esta superfície serrilhada 812 expande para os espaços de ar intersticiais 814 entre o polímero serrilhado 812 e o tubo metálico externo 808. A Fig. 8 também representa um processo exemplar para a fabricação do cabo exemplar 800 que tem a camada de polímero duro serrilhado 812 diretamente contra a tubagem metálica 808. Uma camada de polímero duro 804 é extrusada sobre um condutor metálico sólido ou entrançado 802 para fornecer isolamento elétrico e proteção física. Uma segunda camada de polímero duro 812 com uma superfície externa serrilhada 814 é extrusada sobre a primeira camada de polímero duro 804. O material para a segunda camada de polímero serrilhado 812 pode ser o mesmo que para a primeira camada de polímero de isolamento 804 e pode ser uma matriz única contínua extrusada, por exemplo, em uma etapa sobre o condutor metálico 802. O segundo polímero serrilhado 812 pode ser emendado para permitir que o intumescimento ocorra quando o polímero serrilhado 812 encontrar óleo, água, gás metano ou produtos químicos severos, tal como sulfeto de hidrogênio ou dióxido de carbono. Estes produtos químicos intumescem o polímero 812 permitindo o intumescimento para vedar o espaço deixado para expansão térmica entre o polímero serrilhado 812 e o cladeamento metálico externo 808. Uma tira metálica adequada é usada para criar um tubo metálico 808 sobre o condutor 802. A tira metálica 808 é passada através de uma série de matrizes de moldagem como necessário para criar um tubo metálico 808 sobre o condutor 802. Durante a formação, as bordas são soldadas com costura para completar o tubo metálico 808. O tubo metálico 808 é estirado para encaixar firmemente sobre o polímero duro serrilhado 812 das camadas de condutor para permitir que os espaços de ar intersticiaís 814 deixados entre o polímero serrilhado 812 e o tubo metálico externo 8 08 permaneçam de modo que o polímero 812 possa expandir para estes espaços 814 no caso de haver excesso de expansão térmica do polímero 812 em comparação com o tubo metálico 808, quando outras medidas de alívio de expansão, tal como a configuração helicoidal, não forem suficientes para compensar a expansão térmica. A Fig. 9 mostra um cabo exemplar 900 que utiliza uma camada de polímero espumado de célula fechada 912 para amortecer o condutor 902 e isolamento duro 904 contra o tubo metálico externo 908. No caso de expansão térmica no ambiente de fundo de poço, o ar ou gás no polímero espumado de célula fechada 912 comprime em vez de permitir que a pressão elevada cause danos aos componentes de condutor. O cabo exemplar 900 não tem nenhuma abertura de ar entre o tubo metálico 908 e o polímero espumado 912, ao contrário do projeto serrilhado acima da Fig. 8, o que pode, potencialmente, permitir que as folgas de ar se tornem um conduto para produtos químicos nocivos móveis se movimentarem para cima, se houver uma ruptura no cladeamento metálico 908 . A Fig. 9 também representa um processo de fabricação exemplar para a criação do cabo exemplar 900 que incorpora a camada de polímero espumado de célula fechada 912 para amortecimento. A camada de polímero duro 904 é extrusada sobre um condutor metálico sólido ou entrançado 902 para fornecer isolamento elétrico e proteção física. A camada de polímero espumado de célula fechada 912 ê extrusada sobre a camada de polímero duro 904.
Em uma implementação, o polímero espumado 912 pode ser do mesmo material que o isolamento 904 e pode ser ligado em conjunto em uma única matriz. A matriz única de isolamento 904 e o polímero espumado 912 podem ser extrusados ao mesmo tempo nos condutores 902 para facilitar uma melhor ligação entre as duas camadas. Uma tira metálica adequada é usada para criar o tubo metálico 908 sobre o interior do condutor. Assim, uma tira metálica 908 pode ser passada através de uma série de matrizes de moldagem como necessário para criar o tubo metálico 908 sobre o condutor 902 e camadas internas. Quando o tubo metálico 908 é formado, as bordas são soldadas com costura para completar o tubo metálico 908. O tubo metálico 908 é, então, estirado para encaixar firmemente sobre a camada de polímero espumado de célula fechada do condutor 912 . O polímero espumado de célula fechada 912 se conforma contra o interior do tubo metálico 908 para preencher todos os espaços intersticiais. A Fig. 10 mostra um cabo exemplar 10 00 em que uma camisa externa lisa 1016 rodeia um cabo interno que incorpora características dos cabos apresentados nas Figs. 2-9. O sistema de encamisamento externo 1016 inclui polímeros duros quimicamente resistentes 1020 & 1024 e os membros de resistência metálicos 1018 & 1022. 0 sistema de encamisamento externo 1016 está ligado ao polímero 1020 distribuído nos interstícios de uma primeira camada de armadura 1018 e a segunda camada de armadura externa 1022 através dos espaços entre a armadura externa 1022 para conferir elevada resistência a retirada e resistência ao rasgamento ao sistema de encamisamento externo 1016 e para impedir a migração dos fluidos entre as interfaces das armaduras 1018 & 1022 e material polimérico interveniente 1020 . A Fig. 10 também representa um processo de fabricação exemplar para a criação do cabo exemplar 1000 que inclui o sistema de encamisamento externo 1016 e as características dos cabos mostrados nas Figs. 2-9. Vários condutores isolados blindados em tubos metálicos, como descrito nas Figs. 2-9 estão cabeados juntos. Por exemplo, os condutores de cladeamento metálico podem ser, cada qual, um exemplo de um cabo exemplar 300. Um polímero macio 1004, tal como um f luorpolímero FEP, TEFZEL, PFA ou fluoreto de polivinilideno (PVDF), que é resistente a produtos químicos severos, tal como sulfeto de hidrogênio e dióxido de carbono, é extrusado sobre os cabos exemplares 300 para preencher todos os espaços intersticiais entre cada cabo 300 e dar ao núcleo de cabo agrupado um perfil circular. Polímeros, tais como monômero de dieno etileno-propileno (EPDM), também podem ser usados no lugar de fluorpolímero e podem ser emendados para permitir intumescímento a fim de fornecer uma vedação contra cada cabo 300 quando o polímero 1004 encontrar óleo, água, gás metano, ou produtos químicos severos, tal como sulfeto de hidrogênio e dióxido de carbono. Em seguida, uma camada de polímero de encamisamento 1005, tal como PEEK ou um fluorpolímero como FEP, TEFZEL, PFA ou fluoreto de polivinilideno (PVDF) é extrusada sobre o polímero de enchimento macio 1004 para completar o núcleo do cabo.
Uma série de membros de resistência 1018 em uma camada interna do sistema de camisa externa 1016 é cabeado sobre o núcleo de cabo. A camada interna de membros de resistência 1018 ê parcialmente incorporada na camisa externa do núcleo de cabo 1006 preenchendo todos os espaços intersticiais entre os membros de resistência internos 1018 e a camisa de núcleo 1006. Polímero de encamisamento adicional 1020 é adicionado sobre o topo da primeira armadura 1018 preenchendo todos os espaços intersticiais fora das primeiras armaduras 1018 e facilitando a incorporação da segunda camada de armadura externa 1022. A segunda camada externa dos membros de resistência 1022 é cabeada em conjunto sobre a camada de membro de resistência interna encamisada 1018. Os membros de resistência de armadura externos 1022 são incorporados parcialmente na camisa de polímero subjacente 1020 no lado de fora das armaduras internas 1018 facilitando o preenchimento de todos os espaços intersticiais entre a camisa de polímero 1020 no exterior da armadura interna 1018 e as armaduras externas 1022. A composição dos membros de resistência metálicos 1018 & 1022 pode ser selecionada com base na capacidade de suportar exposição a produtos químicos severos de fundo de poço em elevadas temperaturas e pressões. Por exemplo, os membros de resistência metálicos 1018 & 1022 podem ser feitos de ligas, tal como HC265, MP335, 27-7MO ou outras ligas adequadas (H.C. Starck, Inc., Euclid, OH). Aço, cladeado em um revestimento quimicamente resistente (níquel, molibdênio ou outra combinação adequada de materiais de liga), pode também ser usado.
Uma camisa mais externa 1024 é extrusada sobre as armaduras externas incorporadas 1022 e facilita a ligação da camisa externa 1024 ao material de camisa 1020 entre as armaduras internas 1018 e as armaduras externas 1022. A camisa externa 1024 é ligada ao polímero 1020 que já está distribuído nos interstícios da primeira camada de armadura 1018 e da segunda camada de armadura 1022 através dos espaços entre a armadura externa 1022 para conferir altas resistência a retirada e resistência ao rasgamento ao sistema de encamisamento externo 1016. A linha de interface 1026 mostrada na Fig. 10 entre a camada de polímero 1020 e a camada de polímero 1024 pode representar uma camada de coalescência, que se funde em conjunto, ou outro tipo de ligação ou fusão das camadas de polímero 1020 e 1024 ente si e em uma única camada ou componente de polímero. O polímero de encamisamento pode ser um polímero duro extrusado sobre e entre as camadas dos membros de resistência do fio da armadura 1018 & 1022. As múltiplas camadas 1020 & 1024 do polímero de encamisamento podem se unir para formar uma matriz contínua em torno dos fios de armadura 1018 & 1022 . As camadas 1018 & 1022 de polímero de encamisamento podem ser do mesmo material ou podem ser, de outra forma, ligáveis entre si. Opcionalmente, uma ou mais camadas de polímero de encamisamento podem ser emendadas com fibras curtas para fornecer resistência adicional e resistência à abrasão. A camada de armadura interna 1018 não toca a camada de armadura externa 1022. A armadura interna 1018 e a armadura externa 1022 são separadas por uma camada de encamisamento de polímero sólido 1020 que impede que fluidos cheguem à camada de armadura interna 1018. Isto permite vedação de fluido das camadas de armadura internas 1018, mesmo se houver danos nas camisas externas 1022 & 1024 fazendo com que os fluidos entrem na camada de armadura externa 1022.
Cada membro de resistência da armadura externa 1022 não toca os membros de resistência de armadura externa adjacentes 1022. Existe uma camada de polímero 1024 separando os membros de resistência de armadura externa individuais 1022 entre si. Isto impede que fluidos migrem ao longo de todos os membros de resistência de armadura externa 1022, se houver danos localizados na camisa externa 1022 em qualquer ponto ao longo do cabo exemplar 1000.
As características da armadura interna 1018 não tocar a camada de armadura externa 10 2 2 e os membros de resistência de armadura externa 1022, cada um, sendo separados entre si por polímero 1024 também permite vedação eficiente do cabo exemplar 1000 na terminação inferior e na terminação superior do cabo exemplar 1000. Método Exemplar A Fig. 11 é um diagrama de fluxo de um método exemplar 1100 de construir um cabo de bomba submersível elétrica para ambientes severos. No diagrama de fluxo, as operações individuais são mostradas como blocos.
No bloco 1102, uma camada de polímero é extrusada para incorporar um condutor elétrico disposto helicoidalmente.
No bloco 1104, uma tira metálica é soldada com costura para formar um tubo metálico em torno da camada de polímero.
No bloco 1106, o tubo metálico é estirado para encaixar firmemente em torno da camada de polímero.
Conclusão Apesar de apenas alguns exemplos de modalidades terem sido descritos em detalhes acima, aqueles versados na técnica prontamente reconhecerão que são possíveis muitas modificações nas modalidades exemplares sem se distanciar materialmente da matéria em questão. Consequentemente, todas essas modificações são destinadas a serem incluídas dentro do escopo da presente divulgação, como definido nas reivindicações seguintes. Nas reivindicações, as frases de meio-mais- função se destinam a cobrir as estruturas aqui descritas como exercendo a função recitada e não apenas equivalentes estruturais, mas também estruturas equivalentes. É a intenção expressa do requerente não invocar o 35 U.S.C. § 112, parágrafo 6 para quaisquer limitações de qualquer uma das reivindicações aqui contidas, exceto para aquelas nas quais a reivindicação utiliza expressamente as palavras "meio para" em conjunto com uma função associada. - REIVINDICAÇÕES -
Claims (20)
1. CABO PARA FORNECER ENERGIA PARA UMA BOMBA SUBMERSÍVEL ELÉTRICA (ESP), caracterizado pelo fato de que compreende: um condutor elétrico disposto helicoidalmente; uma camada de polímero duro incorporando o condutor elétrico disposto helicoidalmente; e um tubo metálico soldado com costura estirado sobre a camada de polímero duro.
2. Cabo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a camada de polímero duro é resistente a sulfeto de hidrogênio e dióxido de carbono a uma elevada pressão de fundo de poço e uma elevada temperatura de fundo de poço.
3. Cabo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a camada de polímero duro compreende um de um PEEK poli(éter-éter-cetona) cristalizado, um monômero de dieno etileno-propileno (EPDM) de grau de isolamento, um polímero de polipropileno, um fluorpolímero de perfluoralcóxi (PFA), ou um polímero de etileno propileno fluorado (FEP).
4. Cabo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o tubo metálico soldado com costura compreende um de um material de inconel, um material de HC265, um material de MP335, um material de 27-7MO, uma liga resistente a sulfeto de hidrogênio e dióxido de carbono a elevada temperatura e elevada pressão ou um material de aço cladeado em um revestimento quiraicamente resistente de níquel, molibdênio ou um material de liga.
5. Cabo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que uma disposição helicoidal do cabo varia em um grau de torção para absorver uma expansão e uma contração de diferentes componentes de cabo com diferentes coeficientes de expansão térmica.
6. Cabo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda uma camada de polímero macio entre a camada de polímero duro e o tubo metálico soldado com costura para absorver mudanças em volume quando o condutor elétrico disposto helicoidalmente, a camada de polímero duro e o tubo metálico soldado com costura expandem e contraem termicamente com diferentes coeficientes de expansão térmica.
7. Cabo, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que a camada de polímero macio compreende um de um monômero de dieno etileno-propileno (EPDM), um fluorpolímero de perfluoralcóxi (PFA), um polímero de etileno propileno fluorado (FEP), um material de TEFZEL, um fluorplãstico de ETFE (etileno-tetrafluoretileno) modificado, ou um fluoreto de polivinilideno (PVDF).
8. Cabo, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que compreende ainda uma camada de polímero duro serrilhado entre a camada de polímero duro e a camada de polímero macio para prender a camada de polímero macio na camada de polímero duro.
9. Cabo, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que compreende ainda uma camada de fios entre a camada de polímero duro e a camada de polímero macio para compensar a expansão térmica de um componente de cabo, em que a camada de fios compreende um de um vidro, um material de KEVLAR, um material de poliamida, um material de poliéster, um material acrílico, um material de politetrafluoretileno (PTFE) ou uma fibra sintética.
10. Cabo, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que as fibras de fios da camada de fio são revestidas em um polímero macio.
11. Cabo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a camada de polímero duro tem uma superfície serrilhada para fornecer espaços de ar para expansão térmica entre a camada de polímero duro e o tubo metálico soldado com costura.
12. Cabo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda uma camada de polímero espumado de célula fechada entre a camada de polímero duro e o tubo metálico soldado com costura para amortecer a camada de polímero duro contra o tubo metálico soldado com costura.
13. Cabo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda uma camisa externa em torno de um ou mais exemplos de cabo, a camisa externa compreendendo uma ou mais camadas de membros de resistência metálicos incorporadas em uma ou mais camadas de um polímero macio.
14. Cabo, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que os membros de resistência compreendem um de um material de HC265, um material de MP335 ou de um material de aço cladeado em um revestimento quimicamente resistente de um de níquel, molibdênío ou liga resistente a produtos químicos.
15. Cabo, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que os membros de resistência na camisa externa são separados uns dos outros pelo polímero duro para permitir uma vedação em uma terminação inferior ou uma terminação superior do cabo e da camisa externa.
16. APARELHO, caracterizado pelo fato de que compreende: um cabo elétrico resistente a produtos químicos corrosivos a uma elevada pressão e uma elevada temperatura; um condutor elétrico no cabo elétrico; uma camada de polímero quimicamente resistente incorporando o condutor elétrico; e um tubo metálico soldado com costura estirado sobre a camada de polímero quimicamente resistente.
17. Aparelho, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que pelo menos um do condutor elétrico, da camada de polímero químicamente resistente e do tubo metálico soldado com costura está disposto helicoidalmente para compensar o diferencial de expansão térmica dentro do cabo elétrico.
18. Aparelho, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que compreende ainda uma camada de amortecimento entre o tubo metálico soldado com costura e um núcleo do cabo.
19. MÉTODO, caracterizado pelo fato de que compreende: extrusar uma camada de polímero em torno de um condutor elétrico disposto helicoidalmente; soldar com costura uma tira metálica para formar um tubo metálico em torno da camada de polímero,- e estirar o tubo metálico para encaixar firmemente em torno da camada de polímero.
20. Método, de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que compreende ainda revestir a camada de polímero em uma camada de amortecimento.
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