BR102017004268A2 - Assembling hermetically sealed electric penetrator - Google Patents

Description

MONTAGEM DE PENETRADOR ELÉTRICO HERMETICAMENTE

SELADO

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO 1. Campo da Invenção [0001] A presente invenção se refere genericamente a montagens de penetradores elétricos para alimentação através de energia elétrica através da parede de um recipiente pressurizado ou semelhantes, e diz respeito particularmente à selagem hermética de porções de extremidades expostas de uma montagem de penetrador elétrico para utilização em ambientes submarinos ou outros ambientes adversos. 2. Técnica Relacionada [0002] Penetradores elétricos são utilizados para alimentar equipamento de bomba elétrica submersível submarina (ESP) e semelhantes, os quais bombeiam hidrocarbonetos em instalações de poços de petróleo, e também em outras aplicações, tais como penetrações elétricas de fundo de poço de alta pressão e outras penetrações para prover energia para diversos tipos de equipamentos submarinos. O penetrador se estende através da parede ou antepara do recipiente no qual o equipamento está localizado, e está normalmente conectado a cabos de alimentação em uma extremidade para conectar o equipamento a uma fonte de alimentação externa. Em uma aplicação de ESP, a conexão ou o penetrador não pode ser isolado da pressão de bombeamento, por razões práticas. Isto cria um ambiente extremo para o conector ou penetrador em termos de pressão, temperatura e alta tensão. O penetrador deve transferir energia para o motor, bem como manter uma barreira de pressão para tanto a pressão interna criada pela ESP e a pressão externa provocada pela profundidade na água do mar. As temperaturas são aumentadas devido às temperaturas de fluido, bem como aquecimento por resistência dos elementos elétricos.

[0003] Em um penetrador elétrico típico ou alimentação por meio de arranjo, um condutor de peça única, tal como um pino conector condutor estende-se através de um orifício em uma luva ou corpo isolante, com vedações apropriadas soldadas ou coladas entre o corpo externo e o pino em cada extremidade da montagem de penetrador. O penetrador se estende através de um orifício em um corpo do conector exterior ou invólucro. Em alguns casos, múltiplos penetradores estendem-se através do invólucro exterior. Uma extremidade do penetrador é exposta a um ambiente de pressão relativamente elevada dentro de um invólucro submarino e uma segunda extremidade está exposta à pressão ambiente do ambiente submarino. Em um arranjo conhecido, as vedações compreendem luvas de vedação metálicas que vedam a luva isolante de cerâmica ou semelhante ao corpo de pino conector condutor. Devido ao calor envolvido durante o processo de soldagem ou colagem, as peças se expandem em quantidades diferentes. Uma vez que a montagem de penetrador é deixada para resfriar, as diferentes taxas de encolhimento das diferentes peças do material provocam tensão no material de alojamento cerâmico, ligações frágeis, ou ambos, e podem conduzir à falha da vedação. Assim, os conhecidos métodos de selagem ou encapsulamento que envolvem cobertura ou chapeamento podem não resistir ao desgaste e à abrasão que pode ocorrer no manuseio, montagem e processos submarinos de engate/desengate repetidos e corrosão pode ocorrer nas interfaces soldadas ou brasadas.

Sumário [0004] As modalidades descritas neste documento proporcionam um penetrador ou conector elétrico fisicamente encapsulado ou hermeticamente selado e método para a utilização em ambientes submarinos e outros ambientes severos.

[0005] De acordo com uma modalidade, um penetrador ou conector do conjunto eléctrico é fornecido que compreende um compartimento ou luva de material isolante, tal como cerâmica, que possui um orifício atravessante e extremidades frontal e traseira, pelo menos um pino condutor formado em uma ou duas partes que se estendem através do compartimento e que tem uma porção de extremidade dianteira e uma porção de extremidade traseira que se estendem para fora das respectivas extremidades traseira e frontais do compartimento, a porção de extremidade frontal que tem uma ponta e a parte da extremidade traseira tem uma face de extremidade traseira, uma primeira camada de revestimento que adere à porção de extremidade dianteira do pino, incluindo a ponta para formar um primeiro conjunto aderido, e uma segunda camada de revestimento que adere sob a porção de extremidade traseira do pino, incluindo a face de extremidade traseira, para formar uma segunda montagem de aderência, o material de revestimento que compreende um material condutor resistente à corrosão diferente do material do pino.

[0006] Numa modalidade, uma primeira luva de metal é soldada ou brasada ao longo da interface entre a luva isolante e primeira montagem aderida, e uma segunda luva de metal é soldada ou brasada ao longo da interface entre a luva isolante ou compartimento e a segunda montagem de aderida. Numa modalidade, o pino condutor compreende primeiro e segundo condutores, cada um possui primeira extremidade e uma segunda extremidade exterior, e a primeira extremidade do primeiro condutor tem um orifício com a primeira extremidade do segundo condutor de engatada de forma deslizante no orifício. Uma faixa de contato deslizante interna pode ser provida entre as faces opostas do orifício e da primeira extremidade do segundo condutor, para manter o contato elétrico entre os condutores à medida que se movem para dentro e para fora. A interface entre o primeiro e o segundo condutores pode estar localizada na parte de extremidade traseira do pino condutor no interior da segunda camada de revestimento em uma modalidade ou pode estar no interior do orifício da luva isolante em outras modalidades.

[0007] A camada de revestimento pode estar ligada às porções de extremidade do condutor através de brasagem com um material de enchimento de brasagem ou por colagem eutética. O material de revestimento é um metal resistente à corrosão ou de liga, que é inerte ou substancialmente inerte em relação ao ambiente submarino, ao contrário do pino condutor, que é geralmente de cobre ou semelhantes. Metais ou ligas resistentes à corrosão são o titânio ou liga de titânio, níquel, aço inoxidável, Inconel® (uma liga de níquel, cromo e ferro, que é resistente à corrosão a temperaturas elevadas), e semelhantes.

[0008] Noutro aspecto, um método de fabricação de uma parte de extremidade do condutor fisicamente encapsulada de uma montagem de penetrador submarino compreende a formação de um pedaço de material de revestimento que tem uma primeira e uma segunda extremidades opostas e um orifício que se estende para dentro a partir de uma primeira extremidade e que possui uma extremidade interior afastada da segunda extremidade, a inserção de uma porção de extremidade de um condutor para dentro do orifício até à extremidade interior do orifício, juntando-se às superfícies adjacentes da porção de orifício e extremidade do condutor em conjunto por brasagem ou soldadura, usinagem de superfícies externas do revestimento para formar uma montagem aderente que possui um predeterminado formato da extremidade do condutor, e juntando-se o a montagem aderida a uma extremidade de um compartimento isolante de um penetrador submarina.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[0009] Os detalhes da presente invenção, a respeito de sua estrutura e operação, podem ser obtidos em parte pelo estudo dos desenhos acompanhados, em que números de referência parecidos referem-se às peças, e nos quais: [0010] FIG. 1 é uma vista em perspectiva de uma modalidade de uma montagem de pinos de penetrador elétrico, em corte parcial, para revelar as porções de extremidade do condutor hermeticamente seladas e encapsuladas;

[0011] FIG. 2 é uma vista em corte ampliada da porção de extremidade frontal da montagem de pino do penetrador;

[0012] FIG. 3 é uma vista ampliada em corte da extremidade traseira da montagem de pino do penetrador;

[0013] As Figuras. 4A-4D são vistas em corte que ilustram uma modalidade de um método de fabricação da porção de extremidade dianteira aderida da FIG. 2 e juntando-se o restante da montagem; e [0014] As FIGS. 5A a 5C são vistas em corte em perspectiva que ilustram as etapas de uma modalidade de um método de fabricação da porção de extremidade traseira aderida da FIG. 3 e juntando-o ao resto da unidade de penetrador.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0015] Certas modalidades tal como divulgadas neste documento proveem uma montagem de penetrador elétrico adequada para utilização em aplicações de alta pressão, tais como no fornecimento de energia para equipamento submarino.

[0016] Depois de ler esta descrição, vai ficar aparente para alguém especializado nesta habilidade como executar a invenção em várias modalidades alternativas e aplicações alternativas. Entretanto, embora diversas modalidades desta invenção sejam descritas neste documento, compreende-se de que estas modalidades estão apresentadas apenas por meio de exemplos, e não por limitação. Sendo assim, esta descrição detalhada de diversas modalidades alternativas não deve ser interpretada para limitar o escopo nem a extensão desta invenção.

[0017] As FIGS. 1 a 3 ilustram uma modalidade de uma montagem de penetrador de pino elétrico ou subconjunto 10 para a montagem num compartimento de penetrador externo (não ilustrada) configurado para se prolongar através de uma parede ou divisória de um vaso ou recipiente submarino. A montagem de pino 10 inclui um corpo ou alojamento externo 14 de cerâmica ou outro material isolante, o alojamento 14 tendo um orifício de passagem 15. O corpo externo pode ser semelhante ou idêntico aos corpos isolantes descritos na US Pat. No. 8,968,018, os conteúdos da qual são incorporados neste documento por referência. Um pino condutor de duas partes se estende através do orifício no compartimento 14 e se projeta para o exterior na primeira e segunda extremidades do compartimento 14 para terminar na primeira e segunda porções de extremidades encapsuladas ou montagens aderidas 18, 19. Na modalidade ilustrada, a primeira porção da extremidade encapsulada 18 tem uma ponta arredondada 30 para engate num bocal correspondente numa unidade de conector de acoplamento submarina e a segunda porção de extremidade encapsulada termina com um conector de cabo integral ou separado 32, mas ambas as extremidades podem terminar em pontas arredondadas ou com conectores de cabo em outras modalidade, dependendo dos requisitos de instalação.

[0018] Na modalidade ilustrada, uma primeira parte 20 do pino estende-se através do orifício 15 no compartimento 14 e se projeta de ambas as extremidades do compartimento. Como melhor ilustrado na FIG. 3, uma extremidade que se projeta da parte do pino 20 na segunda porção de extremidade encapsulado 19 da montagem é telescopicamente envolvido em um orifício 21 em uma segunda parte do pino 22, de modo que o comprimento total da montagem do pino condutor pode variar ligeiramente. Uma banda de contato deslizante interna 25 montada em um recesso anular no orifício 21 fornece uma interface de acoplamento ou contato elétrico deslizante entre as partes condutoras dos pinos 20 e 22, ao mesmo tempo em que permite que os pinos para telescópio interiormente e exteriormente compensem vários tipos de stress. Este arranjo permite que uma pequena quantidade de movimento relativo entre os condutores acomode quantidades de expansão e contração ligeiramente diferentes das partes da montagem de penetrador sob variações de temperatura, como resultado de diferentes coeficientes de dilatação térmica das peças da montagem do penetrador, como descrito na Pat. N° 8.968.018 acima referenciada. Outros arranjos de contato podem ser proporcionados em modalidades alternativas. O pino condutor de duas partes é feito de um material condutor rígido adequado, tal como cobre ou similares. Em outras modalidades, o pino condutor pode estar em uma parte ou pode ter duas partes de engate no interior do orifício do compartimento, em vez de fora do orifício, como na modalidade ilustrada.

[0019] Uma luva de selagem de metal cilíndrica 27 é brasada sobre uma região rebaixada 28 do corpo cerâmico em cada extremidade do penetrador e se projetos para além da extremidade do penetrador. Como melhor ilustrado na FIG. 2, a primeira porção de extremidade encapsulada ou montagem aderida 18 inclui uma camada de revestimento ou camada exterior 26 que se estende sobre a extremidade frontal do condutor ou de parte do condutor 20 para formar ponta arredondada 30 e uma porção de luva relativamente fina 33 da camada de revestimento 18 prolonga-se para trás da ponta 30 sobre a parte do condutor 20 até à extremidade dianteira da luva de metal selante 27 para encapsular a, de outra forma exposta, extremidade do condutor 20. A parte de condutor 20 tem uma porção de extremidade dianteira de diâmetro alargado 34 que forma ombro ou degrau virada para o interior 35, e um anel de solda de metal 36 que forma parta da montagem aderida que se estende a partir da extremidade do compartimento 14 até o degrau 35 e através da junção 38 entre a luva selante 27 e a extremidade interna da camada de revestimento 26. Anel de solda 36 tem um diâmetro exterior igual ou substancialmente igual ao diâmetro do recesso de alojamento 28. Em algumas modalidades, a camada de revestimento é unida à parte do condutor 20, anel de solda 36 e luva de vedação 27, por soldadura forte, com um material de enchimento de brasagem entre as superfícies opostas das partes ou por ligação eutética. O material de revestimento é um metal resistente à corrosão ou de liga, que é inerte ou substancialmente inerte em relação ao ambiente submarino, ao contrário do pino condutor, que é geralmente de cobre ou semelhantes. Metais ou ligas resistentes à corrosão são o titânio ou liga de titânio, níquel, aço inoxidável, Inconel® e semelhantes.

[0020] A segunda porção de extremidade encapsulada ou montagem 19 ligada é ilustrada em mais detalhe na FIG. 3 e compreende uma camada de chapeamento ou camada de revestimento o 40 que cobre a extremidade externa da parte do condutor 22 e se prolonga para dentro e ao longo da superfície exterior da parte do condutor 22 até à extremidade 44 do compartimento de isolamento 14. Camada de revestimento 40 tem um recesso 45 na sua superfície externa que se prolonga a partir da face da extremidade interna 74 da camada do revestimento até ao degrau 75 (ver Fig. 5C). Recesso 45 é das mesmas dimensões que o recesso 28 correspondente na extremidade exterior do compartimento 14 e a segunda luva de selagem de metal 27 está encaixada nos recessos 28, 45 e adequadamente aderidas ou brasadas aos recessos na camada de revestimento 40 e compartimento 14, tal como ilustrado na FIG. 3. A superfície exterior da camada de revestimento 40 é moldada de modo a formar um conector de cabo ao longo de parte do seu comprimento. A superfície interna da camada de revestimento 40 é unida à superfície exterior e a face de extremidade exterior da parte do pino condutor 22 por brasagem com um material de enchimento de brasagem entre as superfícies opostas ou por ligação eutética. Camada de revestimento 40 é, adequadamente, do mesmo metal resistente à corrosão ou liga que a camada de revestimento 26 na extremidade oposta do conjunto do penetrador. Numa modalidade, o material de revestimento era de titânio ou liga de titânio que é inerte ou substancialmente inerte ao ambiente de água do mar.

[0021] As FIGS. 4A a 5C ilustram uma modalidade de um método de fabricação de uma montagem de penetrador com porções de extremidade de condutor encapsulado 18 e 19, tal como ilustrado nas FIGS. 1 a 3. As FIGS. 4A a 4D ilustram as etapas na fabricação da primeira porção de extremidade encapsulada 18 com uma ponta arredondada 30. Esta versão pode ser proporcionada em ambas as extremidades da montagem do penetrador em algumas modalidades ou em apenas uma extremidade, tal como ilustrado nas FIGS. 1 a 3. A primeiro etapa consiste em fazer ou formar uma peça cilíndrica 50 do material de revestimento com um orifício 52 de diâmetro pré-determinado que se estende para dentro de uma extremidade da peça 50. Nesta fase, a parede cilíndrica da peça 50 é relativamente espessa, e mais espessa do que a espessura de parede final desejada da peça acabada. Porção de extremidade alargada 34 do pino condutor ou de parte do pino 20 é então inserida no orifício 52 na peça de revestimento 50, tal como ilustrado na FIG. 4A, até que entra em contato com a extremidade interior do orifício 52. Numa modalidade, os respectivos diâmetros de porção de extremidade do pino 34 e orifício 52 são selecionados de modo que a parte 34 seja encaixada por pressão no orifício 52. Numa outra modalidade, fornece-se espaço para um material de preenchimento de brasagem entre as faces opostas da porção 34 e orifício 52. A porção de extremidade do condutor 34 é, em seguida, unida à peça de revestimento 50 por colagem eutéctica (no caso de encaixe com uma prensa de ajuste) ou brasagem (onde um material de enchimento de brasagem é usado). Em ligação eutética, o sistema é aquecido até ao ponto eutético de modo a fundir a camada de revestimento à porção de extremidade do condutor, formando uma ligação eutética. Alternativamente, uma liga de soldadura é colocada entre a camada de revestimento e a parte de extremidade do condutor e o conjunto é brasado.

[0022] A superfície externa da peça de revestimento 50 é, então, usinada de modo a formar a ponto de pino condutor arredondada 30 e uma porção de luva com paredes relativamente finas 33 que se prolonga para dentro a partir da ponta 30, como ilustrado na FIG. 4B, formando uma forma tipo tampa. O revestimento é fabricado de modo a formar uma camada tão fina quanto possível, de modo que a resistência elétrica através da camada de revestimento seja tão baixa quanto possível enquanto continua a fornecer uma barreira eficaz contra a corrosão. Numa modalidade, a espessura final da porção de luva 33 é substancialmente igual à espessura da luva de vedação de metal 27 e, em uma modalidade da camada de revestimento, era de titânio e tinha uma espessura final no intervalo desde cerca de 0,01 polegadas a 0,1 polegadas. No entanto, esta espessura pode variar dependendo da temperatura e pressão de classificação da parte, o tamanho da peça e a combinação de material escolhida. A espessura inicial da camada de revestimento, antes da maquinagem é escolhida de modo que tenha estabilidade mecânica suficiente por si própria, até que seja brasasa ou soldada ao condutor. O intervalo de espessura, antes da maquinagem, pode ser de 0,25 a 0,5 polegadas ou mais.

[0023] Tal como ilustrado na FIG. 4B, a camada de revestimento maquinada ou luva 33 estende-se para dentro para além da parte de extremidade alargada 34 do pino condutor ou parte 20 para deixar uma lacuna 54 entre a camada de revestimento e a parte de menor diâmetro do pino. Anel de solda 36 é engatado através da parte do condutor 20 e inserido dentro da abertura 54 para dentro da camada de revestimento até que a extremidade dianteira do anel 36 engate o degrau ou ombro 35 da parte de extremidade alargada 34 da parte do condutor 2, como ilustrado na FIG. 4C. A parte do condutor 20 é então inserida dentro do orifício 15 no compartimento isolante 14, até que a face de extremidade do compartimento 14 encosta-se à extremidade interior do anel de solda 36 e a extremidade interna da camada de revestimento ou a luva 33 se aproxima da extremidade da luva metálica 27 para o operação de soldadura, tal como na FIG. 2. FIG. 4D ilustra a porção de condutor final 18 parcialmente envolvida na respectiva extremidade do compartimento isolante 14, com a parte do condutor 20 que se estende para dentro do orifício 15 no compartimento 14 e a luva de vedação 27 prestes a engatar sobre a extremidade saliente do anel de solda 36. Porção de extremidade 18 continua a ser deslocada no sentido do compartimento 14 até a extremidade do anel de solda 36 encostar-se à face da extremidade oposta do invólucro 14, como ilustrado na vista completamente montada da FIG. 2. O anel de solda 36 é dimensionado de tal forma que, uma vez totalmente montado, a luva metálica 27 e a porção de luva revestimento 33 estão perto o suficiente para a operação de soldagem juntá-las com sucesso, sem encostar a luva metálica 27 e a porção de luva de revestimento 33. O anel de solda 36, a luva metálica 27, e extremidade interna da camada de revestimento são então unidos por soldadura.

[0024] As FIGS. 5A a 5C ilustram etapas num método de fabricação da segunda porção de extremidade encapsulada 19 do pino condutor. Esta versão também pode ser proporcionada em ambas as extremidades da montagem do penetrador em algumas modalidades ou em apenas uma extremidade, tal como ilustrado nas FIGS. 1 a 3. Em primeiro lugar, um cilindro 55 de material de revestimento é formado com uma superfície exterior cilíndrica de diâmetro uniforme e um orifício 65 que se estende para o interior ao longo da maior parte do comprimento da peça 55, que termina na parede de extremidade 58. O orifício 65 é formado com um degrau 59 de diâmetro entre o diâmetro maior e primeira porção 56 e porção interior de menor diâmetro 62. Parte de condutor 22, que tem um diâmetro exterior em degraus correspondente aos diâmetros das porções de orifício 62 e 56, respectivamente, é então inserida no orifício 65 até o degrau 61 no seu diâmetro exterior engatar-se no degrau 59 no orifício 65, conforme ilustrado na FIG. 5A. Nesta fase, a parede cilíndrica da peça 55 é relativamente espessa, e mais espessa do que a espessura de parede final desejada da peça acabada. O comprimento da parte do condutor 22 é igual ao comprimento do orifício 65 no cilindro 55. A parte do condutor 22 é ou um ajuste por prensagem em orifício 65 ou um enchimento de brasagem é fornecido entre as superfícies opostas da parte do condutor 22 e orifício 65.

[0025] Uma vez que a parte de condutor 22 esteja totalmente inserida no orifício 65, as partes são unidas, quer através de brasagem com o enchimento de brasagem ou por colagem eutética onde parte 22 é ajustada por pressão no orifício 65. Em seguida, a superfície exterior da camada de revestimento 55 é maquinada para reduzir a sua espessura de modo a reduzir a resistência elétrica ao longo do revestimento, ao mesmo tempo em que ainda fornece uma barreira eficaz contra a corrosão. A superfície exterior também é maquinada para formar a forma desejada da superfície maquinada exterior de um conector de extremidade de cabo na camada de revestimento final 40, como ilustrado na FIG. 5B. Numa modalidade, a superfície exterior tem uma primeira porção de superfície 80 que se prolonga a partir da parede de extremidade 58 para a degrau 85 e que possui um recesso anelar 82 antes do degrau 85 e uma segunda porção de superfície 84 de diâmetro maior do que a porção 80 que se prolonga a partir do degrau 85 para a face de extremidade dianteira 74. Porção em recesso 45 é formada na extremidade frontal da camada de revestimento 40 para assentar a luva de metal de selagem 27. Um orifício cego 21 é fabricado na face da extremidade 68 da parte do condutor 22, com a forma e as dimensões configuradas para aumento telescópico com a extremidade de encaixe do condutor 20 quando as partes são montadas. A espessura da camada de revestimento, antes da maquinagem e a espessura final das diferentes regiões da camada de revestimento 40 pode ser no intervalo de espessura descrito acima para a camada de revestimento da parte de extremidade encapsulado 18.

[0026] A porção de extremidade encapsulada montado 19 é então movida para engate com a extremidade do isolador principal ou compartimento isolante 14 até que a luva de metal de selagem 27 esteja colocada no recesso 45 e encosta-se à face de borda ou de extremidade 75 do recesso e a extremidade saliente da parte de condutor 20 se envolve em orifício usinado 21 da parte do condutor 22, conforme ilustrado na FIG. 3. FIG. 5C ilustra a extremidade saliente da parte do condutor 20 parcialmente envolvida no orifício 21, pouco antes da luva de metal de selagem 27 engatar no recesso 45. Quando a extremidade que se projeta está totalmente engatada no orifício 21, tal como na FIG. 3, a face de extremidade 74 de camada de revestimento 40 encosta-se à face da extremidade oposta 44 do compartimento 14. A luva 27 é unida à camada de revestimento 40 por soldagem na interface soldada 75.

[0027] A camada de revestimento e luva soldada ou brasada em cada extremidade do pino de montagem ou submontagem do penetrador completamente ou substancialmente isolam o pino condutor de interações potencialmente corrosivas com os fluidos, tais como água do mar ou de outras substâncias contaminantes, bem como reduzem o potencial galvânico nas interfaces expostas, como em comparação com as montagens dos penetradores tradicionais. As paredes de camadas de revestimento são tão fina quanto possível, de modo que a resistência elétrica através da camada de revestimento seja tão baixa quanto possível enquanto continua a fornecer uma barreira eficaz contra a corrosão. Em algumas modalidades, a camada de revestimento de cada porção de extremidade pode estar nos intervalos discutidos acima e cada camada de revestimento pode ser de espessura variável ao longo do seu comprimento, de acordo com os requisitos de instalação. Ao mesmo tempo, o encaixe entre a parte do condutor interno e camada de revestimento exterior deve estar tão próximo quanto possível, onde eles estão ligados por uma articulação eutética e as partes estão montadas como uma prensa ou por encaixe de encolhimento em algumas modalidades. As paredes da camada de revestimento são inicialmente relativamente espessas para permitir a prensagem e o aquecimento na etapa de ligação (tanto de brasagem com uma camada de brasagem entre as peças ou por uma junta eutética), seguido por pós-processamento da camada de revestimento com a forma externa desejada. Recursos internos, tais como o orifício 21 na parte de condutor 22, também são pós-usinado, a fim de evitar a possibilidade de distorção das paredes do orifício durante a prensagem e aquecimento. As luvas metálicas ou luvas de selagem 27, as camadas de revestimento em cada extremidade do conjunto do penetrador, e o anel de solda 36 são todos feitos a partir de um ou mais dos metais resistentes à corrosão e ligas enumerados acima e podem ser todos do mesmo material em algumas modalidades.

[0028] O conjunto do penetrador de cima e método de fazer a montagem com porções de extremidade de condutor fisicamente encapsulado protege condutores de cobre ou semelhantes, encerrando-os completamente com um material resistente à corrosão e reduzindo o número de materiais diferentes nas interfaces expostas. Os condutores de energia elétrica encapsulados são hermeticamente selados em ambientes corrosivos, sem aumentar significativamente o aquecimento Joule, em operação, fazendo as paredes de camada de revestimento tão finas quanto possível, de modo a que a resistência elétrica através da camada de revestimento seja mantida relativamente baixa. Isto resulta numa montagem de penetrador hermeticamente selada, durável e resistente à corrosão.

[0029] Nas modalidades anteriores, uma montagem de penetrador elétrico hermética e fisicamente encapsulada é provida que é adequada para utilização em alta temperatura, alta pressão, alta tensão, e alta aplicação de corrente, tal como alimentação de equipamento de bomba elétrica submersível submarina (ESP), o qual é utilizado para bombear hidrocarbonetos em instalações de plataforma petrolífera e semelhantes. Outras aplicações para as montagens de penetrador nas modalidades acima incluem penetrações elétricas no fundo de poços de alta temperatura, alta pressão e outras penetrações elétricas utilizadas em equipamento submarino de diversos tipos. As montagens de penetrador são escaláveis para uma variedade de exigências de corrente e tensão. O método de encapsulamento físico descrito acima também pode ser utilizado para outras aplicações em que porções de extremidade de montagens de condutor elétrico são expostas a ambientes submarinos e outros ambientes severos o que pode levar a corrosão nas interfaces soldadas.

[0030] A descrição acima das modalidades divulgadas é provida para permitir que qualquer pessoa versada na técnica possa fazer ou usar a invenção. Diversas modificações a estas modalidades serão prontamente evidentes para aqueles versados na técnica, e os princípios genéricos descritos neste documento podem ser aplicados a outras modalidades sem desviar do sentido ou escopo da invenção. Assim, deve ser entendido que a descrição e figuras apresentados neste documento representam uma modalidade atualmente preferencial da invenção e, portanto, são representativas do assunto que é amplamente contemplado pela presente invenção. Ainda entende-se que o escopo da presente invenção engloba totalmente outras modalidades que podem tornar-se óbvias para aqueles versados na técnica e que o escopo da presente invenção é consequentemente limitado por nada exceto as reivindicações anexas.

REIVINDICAÇÕES

Claims (22)

1. Dispositivo penetrador elétrico, caracterizado pelo fato de que compreende: um alojamento externo de material isolante não condutor tendo um orifício de passagem e oposto à primeira e segunda extremidades; pelo menos um pino condutor formado em uma ou duas partes que se prolongam através do compartimento e que possuem uma primeira porção de extremidade e uma segunda porção de extremidade que se estende para fora das respectivas primeira e segunda extremidades do compartimento, a primeira e segunda porções de extremidade que terminam nas respectivas primeira e segunda faces de extremidade; uma primeira camada de revestimento aderida ao longo de, pelo menos, parte da primeira porção de extremidade do pino para cobrir a primeira face de extremidade e as superfícies expostas externas do pino do lado de fora da primeira extremidade do compartimento para formar uma primeira montagem aderida; e uma segunda camada de revestimento aderida sobre a segunda porção de extremidade do pino para cobrir a segunda face de extremidade e as superfícies expostas externas do pino do lado de fora da segunda extremidade do compartimento para formar uma segunda montagem aderida, o material das primeira e segunda camadas de revestimento que compreende um material condutor resistente à corrosão diferente do material do pino.

2. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que uma primeira luva de selagem metálica está aderida entre o compartimento e primeira montagem aderida e uma segunda luva metálica de selagem está aderida entre o compartimento e a segunda montagem aderida.

3. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a camada de revestimento de pelo menos uma das montagens aderidas tem uma ponta arredondada que cobre a face de extremidade da respectiva porção de condutor e está configurado para engate de encaixe num bocal de uma unidade de conector submarino.

4. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a camada de revestimento de pelo menos uma das montagens aderidas é moldada de modo a formar um cabo conector.

5. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a camada de revestimento da primeira montagem aderida tem uma ponta arredondada que cobre a face de extremidade da primeira porção de condutor e está configurada para engate de encaixe num bocal de uma unidade de conector submarino e a camada de revestimento da segunda montagem aderida é configurada para se ligar a um cabo submarino.

6. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o pino condutor compreende um primeiro condutor e um segundo condutor, o segundo condutor tendo um orifício que se estende para o interior e o primeiro condutor tendo uma porção de extremidade telescopicamente engatada no orifício para formar uma interface entre os condutores telescópicos.

7. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que a interface entre o primeiro e segundo condutores está localizada fora da segunda extremidade do invólucro e dentro da segunda camada de revestimento.

8. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as porções de extremidade do pino e camada de revestimento são euteticamente ligadas em um engate face a face.

9. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as porções de extremidade do pino e camada de revestimento são unidas por brasagem.

10. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a primeira porção de extremidade do pino é de diâmetro em degraus com uma extremidade exterior de maior diâmetro que forma um degrau virado para o interior e a primeira montagem aderida compreende ainda um anel de solda acoplado através da primeira porção de extremidade do pino e que se prolonga entre a primeira extremidade do compartimento e o degrau virado para o interior, a camada de revestimento que tem uma ponta que se prolonga sobre a primeira face de extremidade do pino e uma porção de luva que se estende para dentro a partir da ponta através da extremidade exterior do pino e o anel de solda e tem uma extremidade interior ligada a uma extremidade exterior da primeira luva de selagem metálica.

11. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que a primeira luva de vedação metálica estende-se para fora a partir da primeira extremidade do compartimento sobre o anel de solda até a extremidade interna da primeira camada de revestimento.

12. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o material condutor resistente à corrosão da primeira e segunda camadas de revestimento é selecionado a partir do grupo que consiste em: titânio, liga de titânio, níquel, aço inoxidável e uma liga de níquel, cromo e ferro.

13. Método de fabricação de uma porção de extremidade do condutor fisicamente encapsulada de uma montagem de penetrador submarino, caracterizado pelo fato de que compreende a inserção de uma porção de extremidade de um condutor num orifício estendendo-se para um pedaço de material de revestimento condutor resistente à corrosão até uma face de extremidade do condutor se encostar em uma extremidade interna do orifício, ligação de superfícies opostas do orifício e da porção de extremidade do condutor em por soldadura ou brasagem, a usinagem de superfícies externas da peça de material de revestimento de modo a formar uma primeira montagem aderida que tem uma primeira forma final de condutor predeterminada e juntar a primeira montagem aderida a uma primeira extremidade de um invólucro isolante de um penetrador submarino.

14. Método, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que o material de revestimento condutor resistente à corrosão é selecionado de entre o grupo que consiste em: titânio, liga de titânio, níquel, aço inoxidável e uma liga de níquel, cromo e ferro.

15. Método, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que uma luva de selagem metálica é ligada entre a primeira extremidade do invólucro isolante e a primeira montagem aderida.

16. Método, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que compreende ainda a inserção de uma segunda porção de extremidade do condutor em um segundo orifício numa segunda peça do material de revestimento até que uma face de extremidade da segunda porção de extremidade encoste numa parede de extremidade interior do segundo orifício, ligando superfícies do segundo orifício e a segunda porção de extremidade entre si por brasagem ou soldadura opostas, usinagem de superfícies externas da peça de material de revestimento de modo a formar uma segunda montagem aderida que tem uma forma de condutor final predeterminada, e juntar a segunda montagem aderida a uma segunda extremidade do compartimento isolante.

17. Método, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que compreende ainda a ligação de uma segunda luva de vedação metálica entre a segunda extremidade do compartimento isolante e a segunda montagem aderida.

18. Método, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que a superfície externa da peça de material de revestimento é moldada para formar um conector de cabo.

19. Método, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que a superfície externa da peça de material de revestimento é moldada para formar uma ponta arredondada que cobre a face de extremidade da respectiva porção de condutor e a montagem aderida é configurada para engate de encaixe em um bocal de uma unidade de conector submarino.

20. Método, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que a porção de extremidade do condutor é um encaixe à pressão no orifício e a ligação compreende a formação de uma ligação eutética entre superfícies opostas do orifício e a porção de extremidade do condutor.

21. Método, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que compreende ainda a colocação de uma liga de brasagem entre as superfícies opostas da porção de extremidade do condutor e o orifício e brasagem das peças em conjunto.

22. Método, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que a porção de extremidade do condutor é de diâmetro escalonado e tem uma extremidade exterior de maior diâmetro engatada no orifício, o método compreende ainda engatar um anel de solda sobre a porção de extremidade do condutor e parcialmente para dentro do orifício até que o anel de solda entre em contatos o degrau de diâmetro entre a extremidade exterior de maior diâmetro e o restante da porção de extremidade do condutor antes de se juntar o primeiro conjunto ligado, incluindo o anel de solda para a primeira extremidade do invólucro isolante.