BR112017022227B1

BR112017022227B1 - Aparelho e método para um conjunto de conector elétrico

Info

Publication number: BR112017022227B1
Application number: BR112017022227-2A
Authority: BR
Inventors: Bradley Matlack; Gregory Howard Manke; Jason Holzmueller
Original assignee: Schlumberger Technology B.V.
Priority date: 2015-04-16
Filing date: 2015-04-16
Publication date: 2022-09-20
Also published as: BR112017022227A2; US20180131124A1; US10243295B2; GB2554567A; GB201716972D0; WO2016167770A1; GB2554567B

Abstract

APARELHO, MÉTODO E VEDAÇÃO PARA UM CONJUNTO DE CONECTOR ELÉTRICO. Um conjunto de conector elétrico para bombas submersíveis elétricas (ESPs) tem uma vedação impenetrável a fluido impressa em 3D entre o cabo de energia e um componente de alojamento interno do conjunto de conector elétrico. Isolamento elétrico ou dielétrico para um condutor do cabo de energia também pode ser impresso em 3D integralmente com a vedação de fluido. O componente de alojamento, tal como um alojamento elétrico interno, também pode ser impresso em 3D integralmente com a vedação impressa. Da mesma forma, em uma implementação, a vedação impressa em 3D, o componente de alojamento interno e uma caixa de terminador de cabo externa podem ser impressos em 3D como uma unidade no cabo de energia. A vedação impressa em 3D e os componentes de terminador de cabo associados podem ser compostos por uma variedade de materiais resistentes a produtos químicos, tal como as poliariletercetonas impressas, polímeros fluorados impressos e ligas de metal. A vedação impressa em 3D também pode incluir materiais de barreira ou enchimentos de reforço para intensificar a resistência e resistência química a fluidos e gases de poço.

Description

FUNDAMENTOS

[0001] Uma extensão de condutor de motor (MLE) para conectar energia ao motor de uma bomba submersível elétrica (ESP) inclui condutores monofásicos ou trifásicos em um cabo de energia. O MLE é preso à ESP por hardware chamado um conector de terminador de cabo. O conector de terminador de cabo pode ter um flange externo e vários mecanismos ou componentes (bloco frontal, bloco traseiro, bloco de vedação, junta de solda, molas, capuzes, etc.) projetados para evitar que fluido e gás viajem através do conector e para o motor durante a operação.

[0002] A vedação de fluido e gás entre o cabo de energia e um componente de alojamento (alojamento elétrico, bloco interno ou caixa externa) do conector de terminador de cabo é difícil de fazer. A vedação de fluido é convencionalmente criada pela soldagem do cabo de energia (sua barreira metálica) a um componente de alojamento do terminador de cabo, ou pela fixação mecânica de um componente do cabo de energia (isolamento, barreira ou armadura) ao terminador de cabo, ou pela instalação de uma vedação elastomérica. Mas juntas de solda são fracas e vulneráveis a erros humanos durante a operação de soldagem e requerem tempo e treinamento significativos para fazer uma conexão confiável. As juntas de solda também requerem espaço suficiente para um maçarico ser usado e a solda ser aplicada. Prendedores mecânicos requerem habilidade e são ineficazes com barreiras de condutor macio. As vedações elastoméricas requerem que um operador as instale corretamente.

SUMÁRIO

[0003] Vedações e conectores impressos em 3D para bombas submersíveis elétricas (ESP) são fornecidos. Um aparelho de exemplo inclui um conjunto de conector elétrico para fornecer energia elétrica para uma bomba submersível elétrica (ESP), um cabo de energia do conjunto de conector elétrico incluindo pelo menos um condutor elétrico, um conector de terminador de cabo do conjunto de conector elétrico incluindo pelo menos um componente de alojamento e pelo menos uma vedação impressa em 3D impressa entre o cabo de energia e o componente de alojamento. Uma vedação impressa em 3D para um conjunto de conector elétrico de uma bomba submersível elétrica compreende um bloco de vedação impresso em 3D impresso em uma forma adequada para vedar entre um exterior de pelo menos um condutor e um componente de alojamento do conjunto de conector elétrico, um bloco frontal impresso em 3D no primeiro lado do bloco de vedação impresso em 3D e um bloco traseiro impresso em 3D no segundo lado do bloco de vedação impresso em 3D. Um método de exemplo inclui fixar um cabo de energia em relação a uma impressora 3D, o cabo de energia incluindo pelo menos um condutor elétrico para alimentar uma bomba submersível elétrica (ESP) e imprimir em 3D uma vedação impenetrável a fluido entre o cabo de energia e um componente de alojamento de um conjunto de conector elétrico para conectar o cabo de energia à ESP.

[0004] Este sumário não pretende identificar as características essenciais ou chave do objeto reivindicado, nem se destina a ser usado como um auxílio em limitar o escopo do objeto reivindicado.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0005] Certas modalidades da divulgação serão doravante descritas com referência aos desenhos anexos, em que numerais de referências similares denotam elementos similares. Deve ser entendido, no entanto, que as figuras anexas ilustram as várias implementações aqui descritas e não se destinam a limitar o escopo de várias tecnologias aqui descritas.

[0006] A Fig. 1 é um diagrama de uma bomba submersível elétrica (ESP) de exemplo que inclui pelo menos um conjunto de conector elétrico contendo uma vedação impressa em 3D.

[0007] A Fig. 2 é um diagrama de um conjunto de conector elétrico de exemplo incluindo uma vedação impressa em 3D.

[0008] A Fig. 3 é um diagrama de outro conjunto de conector elétrico de exemplo incluindo um bloco de vedação impresso em 3D.

[0009] A Fig. 4 é um diagrama de um de um cabo de energia de exemplo para uma ESP incluindo camadas de enrolamento pelo menos em parte depositadas ou ligadas por uma impressora 3D durante impressão em 3D de uma vedação impenetrável a fluido.

[0010] A Fig. 5 é um diagrama de estilos de cabo de energia de exemplo aos quais uma vedação de fluido impressa em 3D pode ser ligada, incluindo camadas de enrolamento dos cabos de energia pelo menos em parte depositadas ou ligadas durante impressão em 3D da vedação de fluido.

[0011] A Fig. 6 é um diagrama de fluxo de um método de exemplo de fazer uma vedação de fluido impressa em 3D para um conjunto de conector elétrico de uma ESP.

DESCRIÇÃO DETALHADA Visão Geral

[0012] Na seguinte descrição, inúmeros detalhes são estabelecidos para fornecer uma compreensão de algumas modalidades da presente divulgação. Entretanto, será entendido por aqueles versados na técnica que o sistema e/ou a metodologia podem ser praticados sem estes detalhes e que numerosas variações ou modificações das modalidades descritas podem ser possíveis.

[0013] Esta divulgação descreve vedações e conectores impressos em 3D para bombas submersíveis elétricas (ESPs). Um método de fabricação de exemplo aplica impressão em 3D ou prototipagem rápida para a criação de vedações impenetráveis a fluido para o interior de conectores de terminador de cabo. Um conector de terminador de cabo prende extensões de conector de motor (MLEs) que fornecem energia da superfície para um motor de fundo de poço de uma ESP. A conexão de terminador de cabo é difícil de fazer robusta porque a conexão dos cabos de energia ao motor é tanto elétrica quanto mecânica, embora exigindo uma vedação impenetrável em torno dos cabos de energia para evitar que fluidos, corrosivos e gases pressurizados, muitas vezes a alta temperatura, forcem seu caminho para o motor.

[0014] As vedações de fluido impressas em 3D, impressas entre o cabo de energia e um alojamento interno de um conector de terminador de cabo, tal como o alojamento elétrico ou um bloco interno, podem poupar o processo de fabricação de ter que criar um prendedor metal a metal convencional ou implementar um prendedor mecânico. Essa vedação metal a metal é convencionalmente preferida e é convencionalmente criada soldando uma barreira metálica do cabo de energia a um componente do conector elétrico ou fornecendo um prendedor mecânico que age como uma barreira para fluido e gás. Uma junta soldada, no entanto, é muito fraca e vulnerável a erro humano durante a instalação, assim como exige uma quantidade significativa de tempo e treinamento para fazer uma conexão confiável e robusta. As vedações de elastômero instaladas manualmente podem ser permeáveis a fluido e gás (por exemplo,H2S), especialmente em aplicações de serviço severas.

[0015] Vários componentes de vedação impressa em 3D são aqui descritos para melhorar as técnicas convencionais para vedar os cabos de energia de uma ESP ao conector de terminador de cabo. Em uma implementação, uma vedação é impressa em 3D entre cabos de energia e um alojamento interno (por exemplo, um alojamento elétrico ou um bloco interno) de um conector de terminador de cabo. Ou, vários componentes separados dentro de um conector de terminador de cabo são impressos em 3D e instalados como uma única unidade. Em uma implementação, a vedação e os componentes circundantes são impressos em 3D como uma única unidade no cabo de energia, ou impressos como uma única unidade discreta e instalados mais tarde em uma única peça.

[0016] Em uma implementação, a vedação impressa em 3D também incorpora um elemento de enrolamento dos cabos de energia, tal como um isolamento, uma jaqueta ou um enchimento entre ou em torno de condutores. Em uma implementação, a vedação impenetrável a fluido, o alojamento interno e uma caixa ou flange do conector de terminador de cabo são todos impressos como uma única unidade integral no(s) cabo(s) de energia. Ou, uma caixa ou flange convencional pode ser adicionado sobre partes internas impressas em 3D. Em uma implementação, a vedação impressa em 3D e os componentes integrais associados podem incorporar uma camada de barreira impressa para proteção extra. Em uma implementação, a vedação impressa em 3D e os componentes integrais associados podem incorporar um agente de bloqueio para reduzir a permeabilidade da vedação impressa em 3D a corrosivos e fluidos e gases de poço de alta temperatura.

Sistemas de Exemplo

[0017] A Fig. 1 mostra um sistema de bombeamento submersível elétrico ("ESP") de exemplo 100 que inclui pelo menos um conjunto de conector elétrico 102 contendo uma vedação impressa em 3D 104. O conjunto de conector elétrico 102 pode incluir um conector de terminador de cabo para prender extensões de condutor de motor (MLEs) tanto mecanicamente como eletricamente a uma seção de motor 106 da ESP 100. As MLEs fixam a seção de motor 106 a energia da superfície 132. A vedação impressa em 3D 104 proporciona uma barreira impenetrável a fluido para evitar que um fluido ou um gás passe entre o motor 106 da ESP 100 e um exterior do conjunto de conector elétrico 102.

[0018] A ESP de exemplo 100 pode incluir uma variedade de seções e componentes, dependendo da aplicação particular ou do ambiente no qual o sistema é usado. Exemplos de componentes utilizados na ESP 100 incluem pelo menos uma seção de motor 106, uma ou mais bombas submersíveis 108 e um ou mais protetores de motor 110 acoplados juntos para formar estágios, seções ou segmentos da ESP 100, também referidos como uma coluna de ESP quando há múltiplas seções.

[0019] A ESP de exemplo 100 é projetada para implantação em um poço 112 dentro de uma formação geológica 114 contendo fluidos de produção desejáveis, tal como petróleo. Um furo de poço 116 é perfurado para a formação 114 e, em algumas aplicações, é revestido com um revestimento de furo de poço 118. Canhoneios 120 são formados através do revestimento do furo de poço 118 para permitir o fluxo de fluidos entre a formação circundante 114 e o furo de poço 116.

[0020] O sistema de bombeamento submersível 100 de exemplo é implantado no furo de poço 116 por um sistema de implantação 122 que pode ter uma variedade de configurações. Por exemplo, o sistema de implantação 122 inclui tubulação 124, tal como tubulação espiralada ou tubulação de produção 124 conectada a uma bomba submersível 108 por uma seção de conector 126. Energia é fornecida a pelo menos uma seção de motor submersível 106 através de um cabo de energia 128 que pode incluir ou ser fixado às MLE acima mencionadas. O motor submersível 106, por sua vez, aciona mecanicamente uma bomba submersível 108 que extrai fluido de poço através de uma entrada de bomba 130.

[0021] A ESP 100 de exemplo é apenas um exemplo de muitos tipos de bombas submersíveis elétricas ou sistemas de bombeamento que podem utilizar um conjunto de conector elétrico de exemplo 102 com uma vedação impressa em 3D 104.

[0022] A Fig. 2 mostra um conjunto de conector elétrico de exemplo 102 para conectar um cabo de energia 128 mecanicamente e eletricamente a uma seção de motor 106 de uma ESP 100. O conjunto de conector elétrico de exemplo 102 pode ter um conector de terminador de cabo 200 com vários componentes de alojamento internos e externos, tal como uma caixa externa 202 e um ou mais blocos internos 204 ou alojamentos. O cabo de energia 128 termina em um ou mais condutores elétricos expostos 206.

[0023] A vedação de fluido impressa em 3D 104 pode ser implementada em numerosos tipos de conectores de terminador de cabo 200 e conjuntos de conectores elétricos 102. Conectores de terminador de cabo são descritos, por exemplo, no Pedido de Patente US2010/0167582 para Watson e Patente US 7.325.596 para Ebner, ambos aqui incorporados por referência nas suas totalidades.

[0024] O conjunto de conector elétrico de exemplo 102 tem um ou mais componentes impressos em 3D, tal como uma vedação impressa em 3D 104 entre os condutores 206 do cabo de energia 128 e um componente de alojamento 208 (por exemplo, um tubo ou alojamento elétrico de bloco) do conjunto de conector elétrico de exemplo 102. Outras partes do conjunto de conector elétrico de exemplo 102 também podem ser impressas em 3D com a vedação impresso em 3D 104, como uma única unidade. Por exemplo, um bloco interno 204, um componente de alojamento 208, parte da caixa 202, isolamento elétrico, enchimento de espaço e assim por diante, podem ser impressos como um componente continuamente impresso único, integral juntamente com a vedação impressa em 3D 104. Em uma implementação, o componente integral pode ser impresso em 3D como uma unidade discreta e a unidade discreta instalada durante a montagem do conjunto de conector elétrico de exemplo 102. Em algumas circunstâncias, o componente integral pode ser impresso em 3D no local, como parte da fabricação, por exemplo, de um componente maior do conjunto de conector elétrico de exemplo 102. Assim, numa implementação, uma vedação impressa em 3D 104 e um ou mais outros componentes do conjunto de conector elétrico de exemplo 102 são diretamente impressos em 3D no cabo de energia 128 (ou as MLEs), procedendo do cabo de energia 128 ou MLEs radialmente para fora. Numa variação, a vedação impressa em 3D 104 e um ou mais outros componentes do conjunto de conector elétrico 102 são impressos em 3D de um lado esquerdo para um lado direito do conjunto de conector elétrico 102. Por exemplo, o fundo da impressão pode ser o lado esquerdo do conector de terminador de cabo 200 e o topo da impressão é o lado direito do conector de terminador de cabo 200, com o cabo de energia 128 e os condutores elétricos 206 ocorrendo transversalmente na metade através do trabalho de impressão.

[0025] A Fig. 3 mostra outro exemplo de um conector de terminador de cabo 200 incluindo uma vedação impressa em 3D de exemplo 104 impressa no conector de terminador de cabo 200 como um bloco de vedação. O cabo de energia 128 ou MLE pode ser um cabo plano contendo, por exemplo, três condutores elétricos 206. Cada condutor 206 é circundado por uma ou mais camadas de isolamento eléctrico 300 para proteger e isolar os condutores 206 um do outro e da condução elétrica com a caixa externa 202.

[0026] Um bloco frontal 302 fornece empacotamento, suporte e isolamento para os condutores 206 e pode se estender até uma sobreposta de engaxetamento 304. Do mesmo modo, um bloco traseiro 306 fornece empacotamento, suporte e isolamento para os condutores 206. Em uma implementação, a vedação impressa em 3D 104 pode ser impressa em 3D no conector de terminador de cabo 200. Em uma implementação, o bloco frontal 302, a vedação impressa em 3D 104 e o bloco traseiro 306 são todos contiguamente impressos em 3D no conector de terminador de cabo 200.

[0027] Em uma implementação, a unidade impressa em 3D única, integral que inclui o bloco frontal 302, a vedação impressa em 3D 104 e o bloco traseiro 306 pode ser impressa em 3D diretamente nos condutores 206 e/ou no isolamento 300 do cabo de energia 128 e, então, o revestimento externo 202 (flange, alojamento, tampa, etc.) pode ser adicionado em torno da parte externa da unidade integral única impressa em 3D. Por exemplo, o revestimento externo 202 pode ser puxado ou deslizado sobre os componentes impressos em 3D.

[0028] Em uma implementação, o bloco frontal 302, a vedação impressa em 3D 104 e o bloco traseiro 306 são impressos em 3D como uma unidade única discreta fora do conector de terminador de cabo 200. A unidade única discreta é, então, instalada no conector de terminador de cabo 200 durante a montagem. A impressão em 3D integral do bloco frontal 302, da vedação impressa em 3D 104 e do bloco traseiro 306 assegura uma ligação confiável entre o bloco frontal 302, a vedação impressa em 3D 104 e o bloco traseiro 306.

[0029] Em uma implementação, o bloco frontal 302, a vedação impressa em 3D 104 e o bloco traseiro 306 são impressos em 3D como uma unidade única integral nos condutores 206 e/ou no isolamento 300 do cabo de energia 128 e o revestimento externo 202 (flange, alojamento, tampa, etc.) é também impresso em 3D em torno do exterior da unidade integral única impressa em 3D. Em uma implementação, a impressão em 3D inicia em uma dada posição axial do cabo de energia 128 e prossegue radialmente para fora, incluindo a impressão em 3D de uma caixa externa 202. O processo se move axialmente ao longo do cabo de energia 128 até um conector de terminador de cabo completo 200 ser criado, fornecendo um conjunto de conector elétrico acabado 102.

[0030] Quando o bloco frontal 302, o bloco de vedação incluindo a vedação impressa em 3D 104 e o bloco traseiro 306 são impressos como uma única unidade discreta para posterior montagem no conector de terminador de cabo 200, o material para a vedação 104 pode ser selecionado para vedar, mas não aderir, as camadas de isolamento 300 circundando os condutores 206 e não aderir a uma caixa externa 202. Por outro lado, quando o bloco frontal 302, o bloco de vedação incluindo a vedação impressa em 3D 104 e o bloco traseiro 306 são impressos diretamente no cabo de energia 128 para fazer uma unidade única impressa integralmente, o material para a vedação impressa em 3D 104 pode ser selecionado para aderir, ligar e/ou fundir com as camadas de isolamento 300 circundando os condutores 206 e aderir ou ligar à caixa externa 202, desse modo fazendo a vedação impenetrável a fluido.

[0031] A Fig. 4 mostra um cabo de energia redondo de exemplo 128 com três condutores isolados 206 correspondendo ao serviço de uma fonte de energia CA trifásica. Ao imprimir em 3D uma vedação impenetrável a fluido de exemplo 104 para o conjunto de condutor elétrico de exemplo 102, uma impressora 3D pode aderir ou ligar o material de vedação ao isolamento 300 ou a camadas de armadura 402 circundando um condutor 206 ou cabo de energia 128 da ESP 100. O material para a vedação impressa em 3D 104 também pode agir como enchimento 406 entre fios individuais do cabo de energia 128.

[0032] O processo de impressão em 3D para fazer uma vedação impressa em 3D 104 também pode imprimir isolamento primário 300, isolamento adicional 300, uma armadura 402 ou um enchimento 406 para um único condutor 206 do cabo de energia 128 ou para todo o cabo de energia 128. Isto permite que a impressora 3D faça (imprima) a vedação de fluido impressa em 3D 104 sem costura ou continuamente ("integralmente") com o isolamento 300 ou a armadura 402 dos condutores de fio 206 do cabo de energia 128. Assim, numa implementação, uma impressora 3D imprime um conjunto de conector elétrico inteiro 102 ou os componentes internos do conjunto de conector elétrico 102 sobre condutores de fio nus 206. Ou, em uma implementação, um processo de exemplo remove algum ou todo o isolamento 300 de um condutor 206 a fim de ligar algum ou todo o comprimento axial da vedação impressa em 3D 104 sobre o condutor de fio 206.

[0033] Em uma implementação, uma impressora 3D imprime pelo menos algum isolamento elétrico 300 enquanto imprime uma vedação impresso em 3D de exemplo 104. Um polímero relativamente duro a ser usado como isolamento elétrico 300 para um elemento de condutor individual 206 pode ser feito de poliéter éter cetona (PEEK) cristalizada, monômero de dieno etileno-propileno (EPDM) de grau de isolamento, polipropileno, um fluoropolímero de perfluoroalcóxi (PFA) um polímero fluorado de etileno propileno (FEP) ou outro polímero adequado com base em características físicas, elétricas e de ligação.

[0034] Como uma jaqueta externa 404 sobre o isolamento 300 para condutores de cobre 206, um polímero macio, tal como monômero de dieno etileno-propileno (EPDM), PEEK amorfa, FEP, PFA, fluoroplástico de etileno- tetrafluoroetileno (ETFE) modificado por TEFZEL, fluoreto de polivinilideno (PVDF), ou outro polímero macio adequado, pode ser aplicado pela impressora 3D para permitir que a jaqueta macia 404 deforme e encha o espaço entre um fio do cabo de energia 128 (ou MLE) e a vedação impressa em 3D 104 (TEFZEL, DuPont Corporation, Wilmington, DE). Tal polímero relativamente macio pode ser extrusado sobre os condutores em feixe 206 para encher os interstícios entre os condutores 206. O polímero macio pode ser ligável ao polímero duro do isolamento 300. O polímero macio pode ter uma resistência muito alta a produtos químicos agressivos, tal como sulfeto de hidrogênio e dióxido de carbono, para proteger o isolamento 300 no caso de haver uma quebra em um cladeamento metálico do conjunto de conector elétrico de exemplo 102.

[0035] A Fig. 5 mostra diferentes estilos de MLEs redondos e planos, isto é, cabos de extensão de condutor de motor estendendo o cabo de energia 128, em torno dos quais a vedação de fluido impressa em 3D de exemplo 104 pode ser ligada durante a deposição por uma impressora 3D. Uma MLE pode ser um cabo plano de baixo perfil. A MLE pode ser unida a uma extremidade inferior de um cabo de energia principal redondo ou plano 128, ligada ao lado da ESP 100 e pode ter uma terminação de plugue macho para conectar ao motor 106. A MLE pode ter uma camada fina de material de poliamida alto dielétrico enrolada ou ligada diretamente aos condutores de cobre 206. Isto pode permitir uma geometria mais fina de isolamento elétrico 300.

[0036] Um estilo redondo 502 do cabo de energia 128 ou da MLE pode incluir condutores 206 para serviço monofásico ou trifásico, uma camada de enchimento 504, uma camada de isolamento elétrico 300, uma camada de jaqueta 404 e uma camada de armadura 402. Um estilo plano padrão 506 do cabo de energia 128 pode incluir condutores 206 para serviço monofásico ou trifásico, uma camada de isolamento elétrico 300, uma camada de jaqueta 404 e uma camada de armadura 402. Um estilo plano de fita e trança 508 do cabo de energia 128 pode incluir condutores 206 para serviço monofásico ou trifásico, uma camada de isolamento elétrico 300, uma camada de jaqueta 404, uma camada de barreira 510, uma camada substituta de fita ou trança 512 e uma camada de armadura 402. Um estilo plano encapsulado 514 do cabo de energia 128 pode incluir condutores 206 para serviço monofásico ou trifásico, uma camada de revestimento 516, tal como um revestimento de bloco de gás, uma camada de isolamento elétrico 300, uma camada de jaqueta 404 e uma camada de armadura 402. Um cabo de energia de ESP convencional comum 128 inclui um condutor elétrico 206, uma camada de isolamento enrolada em fita 300 e/ou uma camada de isolamento extrusada 300, uma barreira de condutor de fita enrolada ou extrusada 510 e uma armadura enrolada em tira metálica 402.

[0037] Em uma implementação, a vedação de fluido impressa em 3D de exemplo 104 pode incluir pelo menos parte de uma camada para enrolar um ou mais dos condutores 206 de um dado estilo de cabo de energia 128 ou MLE. Assim, a impressora 3D pode depositar uma vedação impressa em 3D 104 que inclui ainda pelo menos parte de uma camada de um isolamento elétrico impresso 300, um dielétrico impresso, um enchimento impresso 504, um encapsulamento impresso, uma trança, substituto de trança ou jaqueta 404, uma armadura impressa 402, um revestimento impresso 516 ou uma barreira impressa 510 associada a um condutor elétrico 206.

Exemplo de Impressão 3D e Materiais

[0038] A impressão 3D acumula componentes de um modelo digital imprimindo camadas de materiais em cima umas das outras, às vezes usando um agente de ligação. Os materiais disponíveis para impressão incluem tanto metais quanto polímeros. Uma vedação de fluido impressa em 3D 104 que é impressa, por exemplo, entre uma barreira metálica ou outro componente do cabo de energia 128 e um alojamento ou bloco interno de um conector de terminador de cabo 200 remove o treinamento, tempo e a variabilidade que convencionalmente existem na preparação dessa vedação 104. O processo de impressão 3D também permite que tais vedações confiáveis 104 ou juntas sejam criadas em espaços apertados.

[0039] Em uma implementação, uma plataforma de impressão em 3D de exemplo é lentamente abaixada através de uma matriz de polímero líquido ou em pó enquanto uma fonte de luz laser ou ultravioleta focada móvel funde ou cura a resina na vedação de fluido de exemplo 104 e outros componentes associados do conjunto de conector elétrico de exemplo 102. Em outro processo de impressão em 3D de exemplo, um pequeno extrusor ou bocal que se move ao longo de eixos em um plano x-y molda um filamento fino em uma plataforma (que é móvel no eixo z da terceira dimensão) usando passagens repetidas para construir a vedação de fluido de exemplo 104 e outros componentes associados do conjunto de conector elétrico de exemplo.

[0040] Para criar a vedação de fluido impressa em 3D de exemplo 104 e componentes associados do conjunto de conector elétrico 102, podem ser utilizados numerosos processos de impressão em 3D. A fusão a laser seletiva (SLM), sinterização a laser de metal direta (DMLS), sinterização a laser seletiva (SLS), modelagem de deposição fundida (FDM) e a fabricação de filamento fundido (FFF) podem ser recrutadas dependendo de um projeto particular da vedação de fluido impressa em 3D 104 a ser incluída em um conjunto de conector elétrico particular 102. Também pode ser empregada uma tecnologia de cura de líquido, tal como a estereolitografia (SLA), por exemplo. Em alguns casos, a fabricação de objeto laminado (LOM) pode ser aplicada a camadas finas de um polímero ou metal, que são cortadas e unidas, por exemplo, para construir um componente de alojamento interno.

[0041] Uma impressora 3D que cria a partir de metais pode ser usada para aplicações particulares. A fabricação de forma livre de feixe de elétrons (EBF3) pode ser usada, ou um processo de fusão por feixe de elétrons (EBM). A fusão a laser seletiva (SLM) pode ser usada a fim de fabricar a partir de alguns metais e ligas. Pó termoplástico pode ser usado com sinterização a quente seletiva (SHS), ou sinterização a laser seletiva (SLS) pode ser usada com termoplásticos e pós metálicos.

[0042] Em conjunto com o processo de impressão em 3D selecionado, a vedação de fluido impressa em 3D de exemplo 104, o bloco de vedação frontal 302, o bloco de vedação traseiro 306, a caixa externa 202 ou outro componente do conjunto 102 pode ser composto e/ou impresso em 3D em numerosos tipos de materiais. Os materiais que podem ser usados para formar esses componentes incluem, por exemplo, vários plásticos de grau de engenharia duros. Em uma implementação, a vedação de fluido impressa em 3D de exemplo 104 e/ou um componente associado do conjunto de conector elétrico de exemplo 102 pode ser composta por um material com excelente resistência a fluido e calor, juntamente com boas propriedades dielétricas e mecânicas. Existem inúmeros materiais que são adequados e podem ser formados em formas por uma impressora 3D, por exemplo, uma poliarletriecetona (PAEK) impressa, tal como uma poli éter e éter cetona (PEEK), uma poli éter cetona (PEK), uma poli éter cetona éter cetona cetona (PEKEKK), uma poli éter cetona cetona (PEKK), ou uma poli (aril) éter éter cetona cetona PEEKK.

[0043] Da mesma forma, os componentes podem ser compostos de, e impressos em 3D em, um polímero fluorado, tal como um etileno propileno fluorado (FEP), um politetrafluoretileno (PTFE), um politetrafluoretileno expandido (ePTFE), um polímero de perfluoralcóxi (PFA), uma liga cocristalizada epitaxial (ECA) e um etileno tetrafluoretileno (ETFE).

[0044] Em uma implementação, a vedação de fluido impressa em 3D de exemplo 104, bloco de vedação frontal 302, bloco de vedação traseiro 306, caixa externa 202 ou outro componente do conjunto 102 podem ser compostos de, e impressos em 3D de, uma resina de poli-imida, uma polifenilsulfona (PPSU), um polímero de sulfona, um polímero de cristal líquido, um termoplástico perfluorado, uma resina de bismaleimida, um éster de cianato, um polifenileno autorreforçado (SRP), um metal para uma vedação de metal a metal ou um termoplástico ou material compósito estrutural capaz de uma transição de fase útil para impressão em 3D, tal como uma transição de líquido para sólido ou uma transição de pó sólido para líquido para pó sólido sinterizado.

[0045] Estes componentes podem ser compostos de um material compósito impresso incluindo uma resina limpa e um enchimento de reforço, tal como uma fibra de vidro, uma fibra de carbono, um nanotubo de carbono (CNT) ou folhas de grafeno, por exemplo.

[0046] Em uma implementação, o material impresso em 3D para a vedação de fluido impressa em 3D de exemplo 104, o bloco de vedação frontal 302, o bloco de vedação traseiro 306, a caixa externa 202 ou outro componente do conjunto 102 pode ser um perfluoroelastômero. A impressora 3D também pode fixar uma superfície de barreira adicional a tal perfluoroelastômero ou a outro material.

[0047] Em uma implementação, uma superfície de barreira para a vedação de fluido impressa em 3D 104 pode ser um revestimento polimérico fluorado, tal como um etileno propileno fluorado (FEP), um politetrafluoretileno (PTFE), um politetrafluoretileno expandido (ePTFE), um polímero de perfluoralcóxi (PFA), uma liga cocristalizada epitaxial (ECA) e um etileno tetrafluoretileno (ETFE). Tais polímeros fluorados são quimicamente inertes, termicamente estáveis e podem ser aplicados com sucesso e ligados a um componente do cabo de energia 128. Uma superfície de barreira de ePTFE na vedação de fluido impressa em 3D 104 fornece uma camada forte microporosa que é quimicamente inerte, resistente a altas temperaturas, tem baixo coeficiente de atrito e evita que água, vapor e outros fluidos passem ou até adsorvam em sua superfície externa. Uma superfície de barreira de exemplo pode variar em espessura de um limite fino na resolução mais baixa da impressora 3D até um limite grosso de aproximadamente 2-3 mils de espessura (isto é,2-3 milésimos de uma polegada, ou 0,05 a -0,07 milímetros).

[0048] Em outra implementação, a superfície de barreira impressa em 3D de exemplo para a vedação de fluido impressa em 3D 104 pode ser um polímero da família de poliariletercetona, tal como uma poli éter éter cetona (PEEK), uma poli éter cetona (PEK), uma poli éter cetona éter cetona cetona (PEKEKK), uma poli éter cetona cetona (PEKK), ou uma poli (aril) éter éter cetona cetona PEEKK. Estas poliariletercetonas também são quimicamente inertes, termicamente estáveis e podem ser prontamente aplicadas e ligadas a uma armadura 402 ou a outro componente do cabo de energia 128 ou da MLE.

[0049] A vedação de fluido impressa em 3D de exemplo 104 ou outro componente do conjunto 102 pode também incluir um agente de bloqueio adicional na sua composição impressa em 3D. O agente de bloqueio pode reduzir ainda mais a permeabilidade da vedação de fluido impressa em 3D de exemplo 104. Em uma implementação, o agente de bloqueio pode ser uma fibra, partícula ou um floco. O agente de bloqueio pode ser de tamanho de nanoescala (1 a 100 nanômetros), tal como nanofibras, nanopartículas ou nanofocos. O agente de bloqueio de exemplo pode consistir em uma argila, talco, mica, nanoargila, sílica, grafeno, negro de fumo, nanoplaquetas de grafite, partículas de metal ou nanopartículas, ou outro material orgânico ou inorgânico que possa ser composto com a vedação de fluido impressa em 3D de exemplo 104 ou uma superfície de barreira da vedação de fluido impressa em 3D de exemplo 104, para tornar estes mais impermeáveis ao fluido de poço.

[0050] A vedação de fluido impressa em 3D de exemplo 104, o bloco de vedação frontal 302, o bloco de vedação traseiro 306, a caixa extena 202 ou outro componente do conjunto 102 também podem ser impressos em 3D a partir de um metal ou liga, por exemplo: um aço inoxidável, um aço inoxidável 316, um aço inoxidável 420, um aço inoxidável austenítico, um aço duplex, uma ferramenta de aço, um aço maraging, um aço macio, uma liga de níquel-aço, uma liga não ferrosa, uma liga de níquel, uma liga 18Ni300, uma liga INCONEL 625 ou uma liga INCONEL 718 (Special Metals Corporation, New Hartford, Nova York). A vedação de fluido impressa em 3D 104, o bloco de vedação frontal 302, o bloco de vedação traseiro 306, a caixa externa 202 ou outro componente do conjunto 102 também podem ser impressos em 3D a partir de outros metais, ligas ou cerâmica, por exemplo: uma liga de níquel-cromo-molibdênio-tungstênio HASTELLOY C (Haynes International Inc.,Kokomo, Indiana), uma liga de latão, uma liga de bronze, uma liga de cobre, uma liga de cobre-manganês-níquel, uma liga de Cu10Sn, uma liga de Cu10Mn3Ni, uma liga de cobalto, uma liga de cromo-cobalto, uma liga de cobalto F75, uma liga de cobalto F90, uma liga de alumínio, uma liga de titânio ou uma cerâmica de Al2O3-TiO2.

Método de Exemplo

[0051] A Fig. 6 mostra um método de exemplo 600 de fazer uma vedação de fluido impressa em 3D para um conjunto de conector elétrico de uma ESP. No diagrama de fluxo, as operações são mostradas em blocos individuais.

[0052] No bloco 602, um cabo de energia é fixado em relação a uma impressora 3D. O cabo de energia inclui pelo menos um condutor elétrico para alimentar uma bomba submersível elétrica (ESP).

[0053] No bloco 604, uma vedação impenetrável a fluido é impressa em 3D entre o cabo de energia e o componente de alojamento de um conjunto de conector elétrico para conectar o cabo de energia à ESP.

[0054] O método de exemplo 600 ainda pode compreende imprimir em 3D um bloco interno do conjunto de conector elétrico como uma unidade única integral composta por um bloco frontal, um bloco de vedação e um bloco traseiro, em que o bloco de vedação é impresso em 3D entre o bloco frontal e o bloco traseiro na unidade única integral e em que o bloco de vedação inclui a vedação impenetrável a fluido.

[0055] O método de exemplo 600 pode compreender ainda imprimir em 3D integralmente a vedação impenetrável a fluido, um bloco interno e uma caixa externa do conjunto de conector elétrico no cabo de energia como uma única unidade.

[0056] O método de exemplo 600 pode compreender ainda imprimir em 3D um isolamento elétrico impresso ou um dielétrico impresso para o pelo menos um condutor elétrico durante a impressão em 3D da vedação impenetrável a fluido.

[0057] O método de exemplo 600 pode compreender ainda imprimir a vedação impenetrável a fluido a partir de um material selecionado do grupo que consiste em uma poliarilétercetona, uma poliamida, uma poliamida-imida, uma policetona, um poliéster, uma polifenilsulfona (PPSU), um polímero de sulfona, um polímero de alta barreira, um polímero reticulável, um polímero fluorado, um perfluoroelastômero, uma resina de poli-imida, um polímero de cristal líquido, um polifenileno autorreforçado (SRP), um termoplástico perfluorado, uma resina de bismaleimida, um éster de cianato, um metal e um material compósito estrutural capaz de uma transição de fase para impressão 3D.

[0058] Embora algumas modalidades da divulgação tenham sido descritas em detalhes acima, aqueles versados na técnica apreciarão prontamente que muitas modificações são possíveis sem materialmente se afastar dos ensinamentos desta divulgação. Por conseguinte, essas modificações se destinam a estar incluídas dentro do escopo desta divulgação, conforme definido nas seguintes reivindicações.

Claims

1. Aparelho caracterizado por compreender: um conjunto de conector elétrico para fornecer energia elétrica a uma bomba submersível elétrica (ESP); um cabo de energia do conjunto de conector elétrico incluindo pelo menos um condutor elétrico; um conector de terminador de cabo do conjunto de conector elétrico incluindo pelo menos um componente de alojamento; e pelo menos uma vedação impressa em 3D e um isolamento elétrico impresso em 3D entre o cabo de energia e o componente de alojamento.

2. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o componente de alojamento ser selecionado do grupo que consiste em um alojamento elétrico dentro do conector de terminador de cabo, um bloco interno do conector de terminador de cabo e uma caixa externa do conector de terminador de cabo.

3. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a vedação impressa em 3D ser impressa integralmente com o componente de alojamento como uma única unidade.

4. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a vedação impressa em 3D compreender adicionalmente um enrolamento impresso para circundar pelo menos um condutor elétrico, o enrolamento impresso selecionado do grupo que consiste em um isolamento elétrico impresso, um dielétrico impresso, um enchimento impresso, uma jaqueta impressa, um encapsulamento impresso, uma armadura impressa, uma trança impressa, um bloqueio de gás impresso e uma barreira impressa.

5. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a vedação impressa em 3D compreender um bloco de vedação impresso; e em que o bloco de vedação impresso, um bloco frontal impresso e um bloco traseiro impresso são impressos em 3D para compreender um único bloco interno do conjunto de conector elétrico.

6. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a vedação impressa em 3D e o componente de alojamento serem impressos em 3D para compreender uma unidade única integral impressa no cabo de energia; e compreender adicionalmente uma de uma caixa externa, um flange de metal ou um conector de terminador de cabo adicionado sobre a unidade integral única.

7. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a vedação impressa em 3D, um alojamento elétrico impresso de pelo menos um condutor elétrico e uma caixa externa impressa do conector de terminador de cabo compreenderem uma única unidade impressa integralmente no cabo de energia.

8. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por pelo menos a vedação impressa em 3D compreender um polímero selecionado do grupo que consiste em uma poliariletercetona (PAEK), uma poli éter éter cetona (PEEK), uma poli éter cetona (PEK), uma poliéter cetona éter cetona cetona (PEKEKK), uma poli éter cetona cetona (PEKK), uma poli (aril) éter éter cetona cetona (PEEKK), um etileno propileno fluorado (FEP), um politetrafluoretileno (PTFE), um politetrafluoretileno expandido (ePTFE), um polímero perfluoralcóxi (PFA), uma liga cocristalizada epitaxial (ECA) e um etileno tetrafluoretileno (ETFE).

9. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por pelo menos a vedação impressa em 3D compreender um perfluorelastômero impresso com uma superfície de barreira compreendendo: uma poliariletercetona impressa (PAEK) selecionada do grupo que consiste em uma poli éter éter cetona (PEEK), uma poli éter cetona (PEK), uma poli éter cetona éter cetona cetona (PEKEKK), uma poli éter cetona cetona (PEKK) e uma poli (aril) éter éter cetona cetona PEEKK, ou um polímero fluorado impresso selecionado do grupo que consiste em um etileno propileno fluorado (FEP), um politetrafluoretileno (PTFE), um politetrafluoretileno expandido (ePTFE), um polímero de perfluoralcóxi (PFA), uma liga cocristalizada epitaxial (ECA) e um etileno tetrafluoretileno (ETFE).

10. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por pelo menos a vedação impressa em 3D compreender um material de vedação imprimível selecionado do grupo que consiste em uma resina de poli-imida, uma polifenilsulfona (PPSU), um polímero de sulfona, um polímero de cristal líquido, um termoplástico perfluorado, uma resina de bismaleimida, um éster de cianato, um polifenileno autorreforçado (SRP), um metal para uma vedação metal a metal e um material compósito termoplástico ou estrutural capaz de uma transição de fase para impressão em 3D.

11. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por pelo menos a vedação impressa em 3D compreender um material compósito impresso incluindo uma resina limpa e um enchimento de reforço selecionado do grupo que consiste em uma fibra de vidro, uma fibra de carbono, um nanotubo de carbono (CNT) e folhas de grafeno.

12. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender adicionalmente uma caixa externa do conector de terminador de cabo, um bloco frontal adjacente à vedação impressa em 3D e um bloco traseiro adjacente à vedação impressa em 3D; e em que um vedação impressa em 3D, da caixa externa, do bloco frontal ou do bloco traseiro é impresso em 3D a partir de um metal, liga ou cerâmica selecionada do grupo que consiste em um aço inoxidável, um aço inoxidável 316, um aço inoxidável 420, um aço inoxidável austenítico, um aço duplex, uma ferramenta de aço, um aço maraging, um aço macio, um aço de liga de níquel, uma liga não ferrosa, uma liga de níquel, uma liga 18Ni300, uma liga INCONEL 625 e liga INCONEL 718, uma liga HASTELLOY C, uma liga de latão, uma liga de bronze, uma liga de cobre, uma liga de cobre-manganês-níquel, uma liga de Cu10Sn, uma liga de Cu10Mn3Ni, uma liga de cobalto, uma liga de cromo-cobalto, uma liga de cobalto F75, uma liga de cobalto F90, uma liga de alumínio, uma liga de titânio e uma cerâmica de Al2O3-TiO2.

13. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por pelo menos a vedação impressa em 3D compreender um agente bloqueador de nanoescala para reduzir uma permeabilidade da vedação impressa em 3D, o agente bloqueador de nanoescala selecionado do grupo que consiste em uma argila, um negro de fumo, um talco, uma mica, um nanoargila, uma sílica, um grafeno, nanoplaquetas de grafite, partículas de metal e nanopartículas de metal.

14. Método caracterizado por compreender: fixar um cabo de energia em relação a uma impressora 3D, o cabo de energia incluindo pelo menos um condutor elétrico para alimentar uma bomba submersível elétrica (ESP); imprimir em 3D uma vedação impenetrável a fluido entre o cabo de energia e o componente de alojamento de um conjunto de conector elétrico para conectar o cabo de energia ao ESP; e imprimir em 3D um isolamento elétrico impresso ou um dielétrico impresso para pelo menos um condutor elétrico durante a impressão em 3D da vedação impenetrável a fluido.

15. Aparelho caracterizado por compreender: um conjunto de conector elétrico para fornecer energia elétrica a uma bomba submersível elétrica (ESP); um cabo de energia do conjunto de conector elétrico incluindo pelo menos um condutor elétrico: um conector de terminador de cabo do conjunto de conector elétrico incluindo pelo menos um componente de alojamento; e pelo menos uma vedação impressa em 3D impressa entre o cabo de energia e o componente de alojamento, em que pelo menos a vedação impressa em 3D compreende um perfluorelastômero impresso com uma superfície de barreira que compreende: uma poliarilétercetona impressa (PAEK) selecionada do grupo que consiste em uma poli éter éter cetona (PEEK), uma poli éter cetona (PEK), uma poliéter cetona éter cetona cetona (PEKEKK), uma poli éter cetona cetona (PEKK), e uma poli (aril) éter éter cetona cetona (PEEKK); ou um polímero fluorado impresso selecionado do grupo que consiste em um etileno propileno fluorado (FEP), um politetrafluoretileno (PTFE), um politetrafluoretileno expandido (ePTFE), um polímero perfluoralcoxi (PFA), uma liga epitaxial co-cristalizada (ECA) e um etileno tetrafluoretileno (ETFE).