BR112018011871B1

BR112018011871B1 - Penetrador elétrico e montagems de passagem de aimentação resistentes ao fogo

Info

Publication number: BR112018011871B1
Application number: BR112018011871-0A
Authority: BR
Inventors: David A. Painter; Brandon M. Watson; Alexander D. Socha
Original assignee: Teledyne Instruments, Inc
Priority date: 2015-12-22
Filing date: 2016-12-21
Publication date: 2023-04-04
Also published as: US9774131B2; BR112018011871A2; US20170179635A1; WO2017112788A1; EP3394942B1; EP3394942A1

Abstract

PASSAGEM DE ALIMENTAÇÃO ELÉTRICA RESISTENTE AO FOGO. A presente invenção fornece um sistema de passagem de alimentação elétrica resistente ao fogo para uso em instalações de bombas submersíveis elétricas offshore e de topo (ESP). O sistema de passagem de alimentação elétrica resistente ao fogo inclui, no mínimo, duas barreiras de pressão redundantes, a fim de proporcionar operação segura e maior confiabilidade do sistema. A barreira primária é tipicamente embutida na estrutura do equipamento de cabeça de poço, enquanto a barreira secundária é tipicamente montada externamente.

Description

CAMPO DE INVENÇÃO

[001] A presente invenção refere-se a sistemas de passagem de alimentação de energia offshore e terrestre para instalações de bombas submersíveis elétricas (“ESP”). Mais especificamente, a presente invenção refere-se a uma passagem de alimentação elétrica resistente ao fogo compreendendo uma montagem de penetra- dores de anteparo (bulkhead) e elementos de vedação.

FUNDAMENTOS

[002] Na produção submarina, aparelhos operados eletricamente abaixo do nível do mar são tipicamente supridos por energia de instalações hospedeiras marítimas ou terrestres. A energia é fornecida a partir de fontes externas para os dispositivos submarinos através de condutores a cabo para equipamentos de controle de processo submerso, bombas e compressores, transformadores, motores e outros equipamentos operados eletricamente. Como estes componentes são dispostos submersos e são tipicamente fechados e protegidos por vasos de pressão à prova de água, a energia é fornecida por meio de uma terminação a cabo e conector, que podem ser um penetrador elétrico, projetado para penetrar e fornecer energia através de um anteparo.

[003] Nas montagens de penetradores existentes, o pino condutor do pene- trador é embutido em um corpo isolante, que pode ser assentado em um alojamento de penetrador e é vedado contra o alojamento de penetrador por meio de anéis em O ou outros tipos de vedações. Em aplicações de fundo de poço, o penetrador elétrico deve proteger contra a saída dos meios de produção. Em pressões operacio-nais de até vários milhares de psi, o penetrador é submetido a uma imensa pressão diferencial. Essa pressão requer uma estrutura penetradora que seja adaptada para operar apesar das altas pressões diferenciais nas vedações em uma ampla faixa de temperaturas de operação.

[004] Em uma modalidade, um penetrador elétrico pode ser usado para alimentar equipamentos de bombas submersíveis elétricas submarinas (ESP) e similares que bombeiam hidrocarbonetos em instalações de poços de petróleo, e também em outras aplicações tais como penetrações elétricas de alta pressão e outras penetrações para fornecer energia a vários tipos de equipamentos submarinos. O pene- trador se estende pela parede ou anteparo da embarcação na qual o equipamento está localizado, e é normalmente conectado aos cabos de energia em uma extremidade para conectar o equipamento a uma fonte de energia externa. Em uma aplicação ESP, a conexão ou penetrador não pode ser isolado da pressão de bombeamen- to por razões práticas. Isso cria um ambiente extremo para o conector ou penetrador em termos de pressão, temperatura, exposição a produtos químicos e alta tensão. O penetrador deve transferir energia para o motor, bem como manter uma barreira de pressão para a pressão interna criada pelo ESP. As temperaturas vistas no reservatório podem ser aumentadas devido às temperaturas do fluido de injeção, processamento, bem como aquecimento resistivo dos elementos elétricos. Para certas aplicações de topo, os penetradores também devem ser capazes de resistir ao calor intenso de um incêndio de hidrocarboneto e manter a integridade da vedação em situações de alta temperatura e tensão do material.

[005] Em um penetrador elétrico típico ou arranjo de passagem de alimentação, um condutor de peça única tal como um pino conector condutivo se estende através de um orifício em uma camisa isolante ou corpo, com vedações apropriadas soldadas, coladas ou de outra maneira mecanicamente engatadas entre o corpo externo e pino em cada extremidade da montagem do penetrador. No caso dos pene- tradores de cerâmica, existem desafios únicos na fabricação e subsequente utilização do penetrador devido a diferentes coeficientes de expansão dos diferentes materiais utilizados na montagem do penetrador. Em um arranjo conhecido, as veda- ções compreendem camisas vedantes metálicas que vedam a camisa isolante de cerâmica ou semelhante ao corpo do pino do conector condutivo. Quando a temperatura varia da temperatura na qual as peças foram montadas, as partes se expandem em quantidades diferentes devido a diferenças no coeficiente de expansão térmica. Se não forem gerenciadas adequadamente, as diferentes taxas de expansão para as diferentes peças de material podem induzir a tensão dentro da montagem e podem levar à falha da penetração.

[006] Os sistemas, aparelhos e métodos existentes para conectores molhados e secos e para penetradores elétricos e montagens de penetrador são conhecidos e estão descritos em pelo menos em Pat. U.S. No. 7,959,454, intitulada WET MATE CONNECTOR (Ramasubramanian et al.), U.S. Pat. No. 8,123,549, intitulada MULTIPLE LAYER CONDUCTOR PIN FOR ELECTRICAL CONNECTOR AND METHOD OF MANUFACTURE (Jazowski et al.), Pat. U.S. No. 8,287,295, intitulada ELECTRICAL PENETRATOR ASSEMBLY (Sivik et al.), e Pat. U.S No. 8,968,018, intitulada ELECTRICAL PENETRATOR ASSEMBLY (Sivik et al.).

[007] Para uma passagem de alimentação elétrica operar com segurança e confiabilidade em um ambiente superior, o que é necessário é um penetrador elétrico que apresente elementos de isolamento estrutural e elétrico projetados para suportar altas temperaturas e pressão, mantendo a integridade da vedação e a integridade do sistema de isolamento elétrico e continuidade elétrica.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[008] Esta invenção fornece um sistema de passagem de alimentação elétrica resistente ao fogo para uso em instalações de bombas submersíveis elétricas offshore e de topo (“ESP”). O sistema de passagem de alimentação resistente ao fogo da presente invenção pode ser incorporado em um sistema de passagem de alimentação elétrica modular. O projeto da presente invenção permite que a maior parte do trabalho seja realizado onshore em um ambiente de fábrica, com o mínimo de trabalho sendo executado offshore / no local. A presente invenção proporciona maior segurança através da resistência ao fogo e redução do custo operacional, permitindo que a maioria dos trabalhos seja realizada onshore.

[009] A resistência ao fogo é fornecida por dois elementos de vedação do penetrador do anteparo. O primeiro, um penetrador de cerâmica, é composto por um isolante de cerâmica com superfícies metalizadas para fornecer controle de tensão elétrica e um condutor metálico de duas peças que é vedado ao isolante de cerâmica por um conjunto de camisas de extremidade metálicas. Esses isolantes são vedados em um flange (ou outro alojamento metálico do conector final adequado) através de elementos de vedação metálicos (vedação metal-metal, brasagem e/ou solda). O envelope de temperatura dos materiais de construção e configuração de vedação permite a contenção de pressão, mesmo quando o conjunto é molhado por um incêndio de hidrocarboneto. O segundo elemento de vedação do penetrador de anteparo destina-se a operar suficientemente profundo dentro do equipamento para permitir que as temperaturas caiam para níveis manejáveis para elementos de vedação termoplásticos, poliméricos ou elastoméricos tradicionais.

[010] A modularidade é obtida através de um conjunto de conectores de en- caixe-em (stab-in) que fazem uma conexão elétrica durante a instalação de uma tree cap (capa da árvore de natal) ou outra barreira de pressão secundária. Além disso, um conector de encaixe (stab) seco na parte externa da barreira de pressão secun-dária fornece capacidade de conexão rápida a um revestimento de junção ou outra fonte de alimentação. O uso de um conector de encaixe seco na parte externa da segunda barreira permite que a energia seja desconectada fisicamente sem a necessidade de remover o penetrador contendo pressão. Essa configuração do sistema requer apenas que a terminação de cabo final ou emenda seja realizada no campo ou no local, permitindo que todos os elementos que contêm pressão e a maioria das terminações de alta tensão sejam instalados e testados na fábrica antes da implementação.

[011] Em uma primeira modalidade, a presente invenção proporciona um penetrador elétrico resistente ao fogo compreendendo: um corpo tendo uma primeira e uma segunda extremidades, o corpo compreendendo um isolante; um condutor disposto dentro do corpo; um elemento de vedação disposto em torno do corpo; e um conjunto de camisas de extremidade metálicas dispostas nas primeira e segunda extremidades do corpo cilíndrico, unindo o condutor ao corpo; em que o condutor se estende além da primeira e segunda extremidades do corpo.

[012] A modalidade pode ainda compreender em que o corpo, as extremidades metálicas e o condutor são unidos por uma combinação de processos de braza- gem e solda. O penetrador pode ainda compreender em que o condutor é um condutor de cobre de duas peças banhado a ouro. O penetrador pode ainda compreender em que o penetrador é montado em um ambiente de alto vácuo ou nitrogênio seco, pelo que o ar é purgado de um volume formado dentro do penetrador elétrico de cerâmica. O penetrador pode ainda compreender em que o corpo é substancialmente cilíndrico. O penetrador pode ainda compreender em que o isolante compreende um isolante cerâmico.

[013] Em uma segunda modalidade, a presente invenção provê uma montagem de passagem de alimentação resistente ao fogo compreendida por: um conjunto de penetradores elétricos isolados dispostos dentro de um módulo de penetrador, o módulo de penetrador disposto dentro de um alojamento de penetrador, o alojamento de penetrador tendo uma primeira interface de flange; um adaptador de carretel tendo uma segunda interface de flange, o adaptador de carretel unido à primeira interface de flange do alojamento de penetrador pela segunda interface de flange, em que um limite de contenção de pressão é formado atrás do módulo de penetra- dor; e em que o adaptador de carretel fornece meios para montar em um anteparo ou outro corpo contendo pressão.

[014] A segunda modalidade pode ainda compreender em que os penetrado- res elétricos isolados são soldados ao módulo de penetrador e em que o módulo de penetrador é soldado ao alojamento de penetrador. A montagem pode ainda compreender em que cada penetrador elétrico isolado no conjunto de penetradores elétricos isolados compreende: um corpo tendo uma primeira e uma segunda extremidades, o corpo compreendendo um isolante; um condutor disposto dentro do corpo; e um conjunto de camisas de extremidade metálicas dispostas na primeira e segunda extremidades do corpo, unindo o condutor ao corpo; em que o condutor se estende para além da primeira e segunda extremidades do corpo. A montagem pode ainda compreender em que o corpo do penetrador elétrico isolado é substancialmente cilíndrico e em que o isolante compreende um isolante cerâmico. A montagem pode ainda compreender um receptáculo elétrico adaptado para se encaixar com o módulo de alojamento de penetrador e formar uma conexão elétrica operativa com o conjunto de penetradores elétricos isolados. O receptáculo elétrico pode ainda compreender um conjunto de componentes compreendendo: uma camisa de travamen- to; uma casca de terminação; um prensa-cabo; um pigtail de cabo de alimentação; e uma submontagem de contato de soquete. A montagem pode ainda compreender em que um conjunto de folgas entre o conjunto de componentes do receptáculo elétrico evita a propagação de uma explosão ou frente de chama a partir do interior do receptáculo elétrico. A montagem pode ainda compreender em que o anteparo compreende uma barreira de pressão secundária, a barreira de pressão secundária compreendendo uma tree cap.

[015] Em uma terceira modalidade, a presente invenção proporciona uma montagem de passagens de alimentação resistentes ao fogo compreendendo: um conjunto de penetradores elétricos isolados dispostos dentro de um módulo de pene- trador, o módulo de penetrador disposto dentro de um alojamento de penetrador, o alojamento de penetrador tendo uma primeira interface de flange; um adaptador de carretel tendo uma segunda interface de flange, o adaptador de carretel unido à primeira interface de flange do módulo de alojamento de penetrador pela segunda interface de flange, em que um limite de contenção de pressão é formado atrás do módulo de penetrador; e um conjunto de vedação do penetrador interno compreen-dendo: um penetrador; um conjunto de camadas duras metálicas; e um conjunto de vedações.

[016] A montagem da terceira modalidade pode ainda compreender em que os penetradores elétricos isolados são soldados ao módulo de penetrador e em que o módulo de penetrador é soldado ao alojamento de penetrador. O conjunto pode ainda compreender em que cada penetrador elétrico isolado no conjunto de pene- tradores elétricos isolados compreende: um corpo tendo uma primeira e uma segunda extremidades, o corpo compreendendo um isolante; um condutor disposto dentro do corpo; e um conjunto de camisas de extremidade metálicas dispostas na primeira e segunda extremidades do corpo, unindo o condutor ao corpo; em que o condutor se estende para além da primeira e segunda extremidades do corpo. A montagrm pode ainda compreender em que o corpo do penetrador elétrico isolado é cilíndrico e em que o isolante compreende um isolante cerâmico. A montagem pode ainda compreender um receptáculo elétrico adaptado para se encaixar com o alojamento de penetrador e formar uma conexão elétrica operativa com o conjunto de penetradores elétricos isolados. O conjunto pode ainda compreender em que o receptáculo elétrico adicionalmente compreende os seguintes componentes: uma camisa de bloqueio; uma casca de terminação; um prensa-cabo; um pigtail de cabo de alimentação; e uma submontagem de contato de soquete. A montagem pode ainda compreender em que um conjunto de folgas entre o conjunto de componentes do receptáculo elétrico evita a propagação de uma explosão ou frente de chama a partir do interior do receptáculo elétrico. A montagem pode ainda compreender em que a montagem de vedação de penetrador interno está disposta dentro de uma montagem de equipa- mento e termicamente isolada a partir do módulo de penetrador. A montagem pode ainda compreender em que a montagem de vedação do penetrador interno está adaptado para fornecer uma barreira à pressão para uma pressão diferencial. A montagem pode ainda compreender em que o penetrador da montagem de vedação do penetrador interno compreende um penetrador termoplástico. A montagem pode ainda compreender em que o conjunto de vedações da montagem de vedação do penetrador interno compreende vedações elastoméricas com molas antiextrusão sobremoldadas. A montagem pode ainda compreender em que a montagem de vedação do penetrador interno é presa por uma porca roscada. A montagem pode ainda compreender em que a segunda interface de flange está disposta sobre um anteparo, compreendendo o anteparo uma tree cap e formando uma barreira de pressão sobre um revestimento.

[017] A primeira, segunda ou terceira modalidades podem ainda compreender em que resistência térmica e ao fogo adicional para o conjunto de penetradores elétricos isolados é proporcionada por resfriamento convectivo, isolamento passivo, ou blindagem térmica.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[018] A fim de compreender completamente a presente invenção, faz-se agora referência aos desenhos anexos, nos quais elementos semelhantes são referenciados com números semelhantes. Estes desenhos não devem ser interpretados como limitativos da presente invenção, mas destinam-se a ser exemplares e para referência.

[019] A FIGURA 1 proporciona uma vista parcial em corte transversal de um sistema de interconexão com uma passagem de alimentação elétrica resistente ao fogo de acordo com uma primeira modalidade da presente invenção.

[020] A FIGURA 2 proporciona uma vista em corte transversal de um corpo contendo pressão secundária, suspensor de coluna (tubing hanger) e revestimento de acordo com a primeira modalidade da presente invenção.

[021] A FIGURA 3 proporciona uma vista em perspectiva de uma montagem de penetrador e encaixe elétrico, adaptador de carretel e conector de receptáculo de encaixe com montagem em conforme, de acordo com a primeira modalildade da presente invenção.

[022] A FIGURA 4 proporciona uma vista frontal em perspectiva de duas modalidades de um módulo de alojamento de penetrador e adaptador de carretel de cabeça de poço de acordo com a primeira modalidade da presente invenção. Invenção.

[023] As FIGURAS 5A e 5B proporcionam vistas em perspectiva frontal de um módulo de alojamento de penetrador e adaptador de carretel de acordo com a primeira modalildade da presente invenção.

[024] As FIGURAS 6A e 6B proporcionam vistas em perspectiva de uma montagem de tampão elétrico e penetrador, adaptador de carretel e receptáculo de conector de encaixe seco de acordo com a primeira modalildade da presente invenção.

[025] A FIGURA 7A proporciona uma vista parcial em corte de uma montagem de penetrador e plug elétrico de acordo com a primeira modalildade da presente invenção.

[026] A FIGURA 7B proporciona uma vista em corte parcial do mecanismo de vedação e interface de flange do módulo de alojamento de penetrador de acordo com a primeira modalidade da presente invenção.

[027] A FIGURA 8 proporciona uma vista em perspectiva de um penetrador elétrico de cerâmica resistente ao fogo de acordo com a primeira modalidade da presente invenção.

[028] A FIGURA 9 proporciona vistas em perspectiva e em corte de modalidades alternativas de penetradores elétricos de cerâmica resistentes ao fogo de acordo com a técnica anterior e a presente invenção.

[029] A FIGURA 10 proporciona uma vista em corte transversal de uma montagem de tampão de cabeça de poço e casca de terminação / adaptador de carretel compreendendo o módulo de alojamento de penetrador, um conjunto de penetrado- res de cerâmica e adaptador de carretel de cabeça de poço de acordo com a primeira modalidade da presente invenção.

[030] A FIGURA 11 proporciona uma vista em corte transversal em perspectiva traseira de uma submontagem de tampão de cabeça de poço compreendendo um módulo de alojamento de penetrador, um conjunto de penetradores de cerâmica e adaptador de carretel de cabeça de poço de acordo com a primeira modalidade da presente invenção.

[031] As FIGURAS 12A e 12B proporcionam vistas em perspectiva (12A) e em corte transversal (12B) de um receptáculo de conector de encaixe seco de acordo com a primeira modalildade da presente invenção.

[032] A FIGURA 13 proporciona uma vista em corte transversal em perspectiva de uma vedação de bota de camada múltipla de acordo com a primeira modalidade da presente invenção.

[033] A FIGURA 14 proporciona uma vista detalhada de uma interface de vedação de bota no penetrador elétrico de cerâmica resistente ao fogo de acordo com a primeira modalidade da presente invenção.

[034] A FIGURA 15 proporciona uma vista detalhada, em corte transversal, de um receptáculo de conector de encaixe seco operativamente engatado com um módulo de alojamento de penetrador de acordo com a primeira modalidade da presente invenção.

[035] A FIGURA 16 proporciona uma vista em corte transversal em perspectiva de um suspensor de coluna com montagem de módulo de penetrador de suspensor de coluna e conector encaixe de acordo com a primeira modalidade da pre-sente invenção.

[036] A FIGURA 17 proporciona uma vista detalhada da interface entre uma montagem de receptáculos de encaixe (stab) e um conjunto de encaixe, ilustrando as propriedades de tolerância de desalinhamento da montagem em conformidade de acordo com a primeira modalidade da presente invenção.

[037] A FIGURA 18 proporciona uma vista detalhada do submontagem do conector encaixe de acordo com a primeira modalidade da presente invenção.

[038] A FIGURA 19 proporciona uma vista em corte transversal em perspectiva da submontagem de conector encaixe dentro do suspensor de coluna de acordo com a primeira modalidade da presente invenção.

[039] A FIGURA 20 proporciona uma vista em perspectiva em corte transversal da interface entre um receptáculo de encaixe e um conector encaixe de acordo com a primeira modalidade da presente invenção.

[040] As FIGURAS 21A e 21B proporcionam vistas frontais (21A) e laterais (21B) de uma montagem compreendendo um penetrador de suspensor de coluna, ovalização de cabo, cabo ESP e revestimento de acordo com a primeira modalidade da presente invenção.

[041] A FIGURA 22 proporciona uma vista detalhada, em corte transversal, do limite de pressão da montagem de vedação do módulo de penetrador de suspensor de coluna de acordo com a primeira modalidade da presente invenção.

[042] A FIGURA 23 proporciona uma vista em corte transversal de uma terminação de cabo equilibrada por pressão ligada ao módulo de penetrador de suspensor de coluna e suspensor de coluna de acordo com a primeira modalidade da presente invenção.

[043] A FIGURA 24 proporciona uma vista em corte transversal de uma configuração de vedação de cabo ESP de acordo com a primeira modalidade da presente invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[044] A presente invenção será agora descrita em maior detalhe com referência a modalidades exemplares, como mostrado nos desenhos. Embora a presente invenção seja aqui descrita com referência modalidades exemplares, deve ser entendido que a presente invenção não é limitada a tais modalidades exemplares. Aqueles que possuem habilidade comum na técnica e que têm acesso aos ensina-mentos aqui descritos reconhecerão implementações adicionais, modificações e modalidades, bem como outras aplicações para uso da invenção, que estão totalmente contempladas aqui como dentro do escopo da presente invenção como divulgado e reivindicado aqui, e em relação a qual da presente invenção poderia ser de utilidade significativa.

[045] Em uma modalidade, a presente invenção proporciona um sistema de passagem de alimentação resistente ao fogo, que tem duas barreiras de pressão independentes, resistentes ao fogo. As barreiras podem suportar pressões de vários milhares de psi e são projetadas para operação quando molhadas com fluidos produzidos. O sistema deve fornecer continuidade elétrica de até vários milhares de volts e várias centenas ou milhares de ampères, conforme exigido pela aplicação. Nesta modalidade, o sistema compreende um suspensor de coluna como a barreira primária e uma tree cap como uma barreira secundária.

[046] A barreira primária, ou suspensor de coluna, é a barreira de vedação primária contra a saída de fluido de produção. A contenção de pressão e a continuidade elétrica são fornecidas por um penetrador de anteparo, consistindo em um núcleo metálico condutor isolado por um isolamento moldado, camisa de isolamento (plástico ou cerâmica) ou eletricamente isolado das capas penetrantes ou barreira primária (suspensor de coluna). A barreira primária é protegida das altas temperaturas do fogo por ser suficientemente profunda dentro da estrutura e/ou suficientemente isolada para permitir o uso de materiais de construção que são típicos para pene-tradores elétricos nas indústrias de óleo e gás e de interconexão submarina. O isolamento do penetrador pode ser termoplástico, termofixo, reforçado com fibras ou um material plástico semelhante. Materiais de alta temperatura, tais como cerâmicas ou compostos de alta temperatura, podem ser usados como garantidos pela aplicação (fluido de alta temperatura, reservatório de alta pressão, resistência química, etc.), mas não são necessários para se obter resistência ao fogo desta barreira.

[047] A barreira secundária, ou tree cap, é a barreira de vedação secundária contra a saída do fluido de produção. A construção, os materiais e o design do pene- trador da barreira secundária são tais que a barreira secundária não requer isolamento, blindagem térmica ou métodos alternativos de proteção contra o calor da chama. Os materiais de isolamento do penetrador podem ser materiais compósitos cerâmicos ou de alta temperatura (por exemplo, polímeros orgânicos ou inorgânicos de alta temperatura, matrizes vitrocerâmicas, etc.) ou outros materiais isolantes que fornecem desempenho de isolamento elétrico adequado em operação normal e integridade estrutural durante a operação de emergência (ou seja, temperaturas esperadas durante um incêndio). Se um conector de encaixe for implementado, ele pode ser usado para suplementar a resistência ao fogo da barreira de pressão. O conector acoplado também pode adicionar outros recursos, como uma interface à prova de explosão ou à prova de chamas, para conformidade com as especificações da indústria para instalações elétricas em atmosferas inflamáveis. A resistência ao fogo inerente pode ser suplementada por isolamento adicional ou outros métodos de proteção para fornecer margens adicionais de segurança (por exemplo, maior duração de queima ou temperatura).

[048] O penetrador elétrico usado na barreira secundária é construído para suportar a exposição direta a altas temperaturas e diferenciais de pressão. O pene- trador pode compreender um núcleo condutor rodeado por um material eletricamente isolante. O núcleo e o isolamento são compostos de material que pode suportar car gas de pressão a temperaturas esperadas durante um incêndio. A interface de vedação usada no penetrador pode suportar as temperaturas esperadas durante o fogo. Isto é conseguido usando vedação de metal com metal, um polímero de alta temperatura e/ou brasagem ou solda no alojamento de penetrador. Em uma modalidade, o penetrador pode compreender um isolante de cerâmica e um condutor metálico telescópico de duas peças. Essa configuração fornece um coeficiente diferente de expansão térmica entre o isolante e o condutor. No entanto, a folga de expansão deve ser dimensionada adequadamente para permitir integridade estrutural para uma faixa de temperatura operacional de armazenamento a frio (menor ou igual a -20 °F (28,88 °C)) até vários milhares de graus Fahrenheit. As juntas brasadas são projetadas para manter uma vedação hermética a pressões de vários milhares de psi e temperaturas esperadas durante o fogo. Para manter a vedação hermética a essas pressões e temperaturas, deve-se executar a seleção adequada da liga, a geometria da junta apropriada (comprimento de encaixe, espaçamento entre camisas e isolan- te) e a especificação adequada dos substratos da junta e da preparação da superfície. Além disso, as soldas de fechamento que prendem o condutor de metal do pe- netrador de cerâmica e o alojamento de penetrador (adaptador de carretel) fornecem vedações seguras de metal com metal.

[049] Uma modalidade de um penetrador elétrico utilizado na barreira primária pode compreender diferentes materiais e construção do penetrador elétrico utilizado na barreira secundária. O penetrador para proteção embutida pode compreender um condutor de metal (liga de cobre) sobremoldado com isolamento termoplástico. O penetrador pode ser usado com vedações de elastômero comuns, como vedações com molas antiextrusão sobremoldadas, ou vedações com anéis antiextrusão. Os materiais para as vedações e o penetrador ainda devem ser selecionados para resistir às temperaturas esperadas durante o incêndio e à degradação da rigidez / resistência durante a vida útil (fluência, ataque químico, etc.). O penetrador elétrico pode fazer interface com casca de metal ou diretamente com a barreira primária (suspensor de coluna).

[050] Resistência térmica e ao fogo adicional pode ser fornecida usando resfriamento convectivo, isolamento passivo ou proteção térmica. O resfriamento con- vectivo pode compreender a utilização de fluidos anulares no lado de alta pressão e/ou um fluido de trabalho (água, refrigerante, etc.) no lado de baixa pressão. O fluido circula através de convecção forçada ou natural através de um reservatório de fluido mais frio, de preferência com uma grande massa térmica, e troca calor da área do penetrador. O isolamento passivo pode compreender isolamento de fibra de vidro, isolamento cerâmico, etc., e pode ser uma manta, uma casca, um envoltório ou uma embalagem em torno do penetrador. O isolamento passivo também pode compreender uma zona integral ao alojamento de penetrador, proporcionando um anel interior com baixa condutividade térmica em torno das vedações do penetrador. A blindagem de calor pode compreender uma estrutura ao redor do penetrador, fornecendo um envelope de ar ou vácuo ao redor das vedações que contêm pressão.

[051] Com relação à Figura 1, é proporcionada uma vista parcial em corte transversal de um sistema de interconexão 100 com uma passagem de alimentação elétrica resistente ao fogo. O sistema de interconexão 100 é um sistema de passagem de alimentação para fornecer energia a um ESP de fundo de poço. A modularidade e os recursos resistentes ao fogo do sistema de interconexão 100 proporcionam a instalação e operação de ESP em um ambiente offshore, ao mesmo tempo em que proporcionam integridade de pressão, resistência ao fogo e operação em uma atmosfera explosiva. O sistema 100 fornece energia CA trifásica para um ESP no fundo do poço, enquanto fornece duas barreiras de pressão independentes. O sistema representado fornece uma contenção de pressão de até vários milhares de psi de pressão de projeto e operação em uma área perigosa classificada como Zona 1.

[052] O sistema 100 compreende vários componentes, incluindo o submon- tagem de tampão de cabeça de poço 200C, o receptáculo do conector de encaixe seco 300, o corpo 400 contendo a pressão secundária (tree cap) 400, a montagem de encaixe de cabeça de poço 500 do corpo contendo pressão primária (supensor de coluna) 600, do modulo do penetrador de suspensor de coluna com ovalização de cabo 700 e revestimento 800 com saída de produção 810. Os componentes individuais do sistema 100 estão descritos em maior detalhe nas Figuras 2-24.

[053] Com referência agora à Figura 2, uma vista de seção transversal do sistema 100 compreendendo corpo contendo pressão secundária 400, suspensor de coluna 600, e revestimento 800 é fornecida. Disposta na superfície exterior do corpo 400 contendo a pressão secundária encontra-se a submontagem 200C do tampão da cabeça de poço. A submontagem de tampão de cabeça de poço 200C fornece funcionalidade semelhante às submontagems de tampão de cabeça de poço 200A e 200B fornecidas na Figura 4, no entanto, a geometria do adaptador de carretel 220C (representada nas Figuras 5 e 6) pode ser preferida em algumas aplicações e pode oferecer resistência ao fogo adicional e à pressão sobre os carreteis adaptadores 220A e 220B. Os carreteis adaptadores 220A e 220B proporcionam uma função global semelhante, se não idêntica, utilizando diferentes geometrias determinadas pelo envelope global da cabeça do poço com as do adaptador de carretel 200C.

[054] A submontagem do tampão de cabeça de poço 200C compreende a montagem do tampão elétrico e penetrador (módulo de alojamento de penetrador) 210C, o adaptador de carretel 220C, interface de flange do corpo contendo pressão secundária 230. A interface de flange 230 está adaptada para montar a um corpo contendo pressão secundária 400, anteparo ou outra superfície de apoio. Um canal 420 através do corpo contendo pressão secundária 400 proporciona a conexão da montagem do receptáculo de encaixe 501 com a submontagem 200C do tampão de cabeça de poço. A montagem de receptáculo de encaixe 501 compreendendo o re- ceptáculo de encaixe 510 e placa de conformidade 512 está disposta dentro do interior 430 do corpo contendo pressão secundária 400. Um espaço 410 no centro do corpo contendo pressão secundária 400 ajuda a apoiar e alinhar o suspensor de coluna 600. Um conjunto de pigtails (cabos) 232 proporciona uma conexão elétrica operacional entre um conjunto de penetradores elétricos cerâmicos resistentes ao fogo 900 dispostos no interior 212C (mostrado na Figura 5) do módulo de alojamento de penetrador 210C e dos receptáculos de encaixe 510. Os receptáculos de encaixe 510 estão adaptados para coincidir com o conector encaixe 530 (mostrado na figura 18) colocado no funil de guia 550. O funil de guia 550 está colocado na superfície superior da placa 560, que por sua vez está disposta na parte superior 620 do suspensor de coluna 600. A porção de corpo 602 do suspensor de coluna 600 repousa sobre a saliência 822 do revestimento 800 e é disposta no interior 820 do revestimento 800. A porção de corpo 602 pode também ter um conjunto de ranhuras ou entalhes para ajudar na formação de vedação e resistência ao fogo. Um conjunto de conexões elétricas 570 (mostrado na Figura 16) forma uma conexão elétrica entre o conector encaixe 530 e o módulo de penetrador de suspensor de coluna 700 através da porção superior 620, corpo 602 e porção inferior 630 do suspensor de coluna 600.

[055] O projeto do sistema 100 é modular. Os componentes do sistema 100 podem ser montados onshore (zona terrerrestre) ou em outro local antes da montagem completa do sistema 100 em uma offshore ou em um local remoto. Por exemplo, a submontagem de tampão de cabeça de poço 200C e a montagem de receptáculo de encaixe 501 podem ser montadas com o corpo contendo pressão secundária 400 para formar uma montagem de corpo contendo pressão secundária 110 em uma localização onshore e testadas quanto à integridade de pressão e falhas elétricas em um estabelecimento de fábrica controlado. Da mesma forma, o suspensor de coluna 600 com módulo de penetrador de suspensor de coluna 700 pode ser monta- do para formar um conjunto intermediário 120 e ser testado onshore de uma maneira semelhante à montagem de corpo contendo pressão secundária 110. Para montagem final, a montagem intermediária 120 pode ser primeiro instalada no alojamento 800, e depois a montagem de corpo contendo pressão secundária 110 pode ser desembarcada na montagem intermediária 120 e no alojamento 800. O projeto modular proporciona o teste independente dos componentes constituintes do sistema 100 antes da instalação dos conjuntos de componentes no local de trabalho. Isso proporciona processos mais simples, ou melhor controlados, para montagem, identificação de problemas e reparos.

[056] Com referência agora à Figura 3, é proporcionada uma vista detalhada da submontagem do tampão de cabeça de poço 200C e da montagem de receptáculo de encaixe 501. A submontagem de tampão de cabeça de poço 200C e a montagem de receptáculo de encaixe 501 em conjunto com o corpo contendo pressão secundária 400 compreendem a montagem de corpo da pressão secundária 110. A submontagem de tampão de cabeça de poço 200C compreende o módulo de alojamento de penetrador 210C e o adaptador de carretel 220C com interface de flange 230. A submontagem de tampão de cabeça de poço 200C inclui pigtails 232 que são encaminhados através do corpo contendo pressão secundária para a montagem de receptáculo de encaixe 501. A montagem de corpo contendo pressão secundária 110 pode ser montada e testada funcionalmente em uma instalação onshore antes da instalação ou implementação final.

[057] Em uma modalidade, a montagem da montagem de corpo contendo pressão secundária 110 é conduzida na sequência seguinte: montar a base de receptáculo de encaixe 511, encaminhar os pigtails de penetrador de cabeça de poço 232 através do corpo contendo pressão secundária 400, instalar a montagem de pe- netrador de cabeça de poço 501, terminar os pigtails 232 no receptáculo de encaixe 510, e realizar testes de resistência de isolamento de condução (IR) e teste de conti- nuidade. A montagem de corpo contendo pressão secundária 110 continua instalando a montagem de receptáculo de encaixe 501 no corpo contendo pressão secundária 400 como mostrado na Figura 2. A primeira metade da placa de montagem em conformidade 512 é primeiro ligada ao corpo de pressão secundária 400 seguido pela base de receptáculo de encaixe 511.

[058] Com referência agora à Figura 4, são proporcionadas vistas em perspectiva frontais da submontagem de tampão de cabeça de poço 200A e submonta- gem de tampão de cabeça de poço 200B. As submontagems de tampão de cabeça de poço 200A e 200B proporcionam ângulos de saída alternativos da cabeça do poço ou corpo contendo pressão secundária 400.

[059] Agora com referência também às Figuras 5A e 5B e 6A e 6B, a sub- montagem de tampão de cabeça de poço 200C com receptáculo de conector de encaixe seco 300 pode ser montada externamente no corpo contendo pressão secundária 400. A submontagem de tampão da cabeça de poço 200C funciona como uma barreira de pressão enquanto fornece continuidade elétrica ao ESP de fundo de poço. Além disso, a submontagem de tampão de cabeça de poço 200C fornece resistência ao fogo. Além disso, o par de conectores de encaixe da submontagem de tampão da cabeça de poço 200C e receptáculo de conector de encaixe seco 300 fornecem conformidade com os padrões aplicáveis para instalações elétricas em locais perigosos. A submontagem de tampão de cabeça de poço 200C com receptáculo de conector de encaixe seco 300 consiste em duas submontagems principais, a submontagem de conector de cabeça de poço 200C e o receptáculo de conector de encaixe seco 300, mostrado nas Figuras 6A e 6B.

[060] A submontagem de tampão de cabeça de poço 200C fornece integridade de pressão e resistência ao fogo, e serve como a metade do tampão elétrico do conector de encaixe. A submontagem, mostrada nas Figuras 5A e 5B, consiste em três componentes principais: o módulo de penetrador 212C, módulo de aloja- mento de penetrador 210C e adaptador de carretel 220C. A interface de encaixe entre o módulo de alojamento de penetrador 210C e o adaptador de carretel 220C é uma interface de flange 70, mostrada na Figura 7B. A interface de flange não padrão 70 incorpora uma vedação de junta de anel 72 e está adaptada a uma interface de flange Tipo 6B típica.

[061] Com referência às Figuras 6A e 6B, o receptáculo de conector de encaixe seco 300 é preso ao módulo de alojamento de penetrador 210C pela camisa de travamento 320. O pigtail de receptáculo 310 fornece uma conexão elétrica a partir de uma fonte de energia externa para o ESP de fundo de poço.

[062] Com referência agora à Figura 7A, é fornecida uma vista parcial em corte transversal da submontagem de tampão de cabeça de poço 200C. O módulo de penetrador 213C contém os penetradores elétricos de cerâmica 900, e compreende duas camadas duras metálicas 216C e 217C (mostradas nas Figuras 10 e 11), as quais fazem interface com três penetradores elétricos de cerâmica 900, mostrados na Figura 8. Os penetradores elétricos de cerâmica 900 são unidos à casca frontal 216C do módulo de penetrador 213C, através, por exemplo, de uma combinação de processos de brasagem e solda. A casca frontal 216C e traseira 217C do módulo de penetrador 213C são subsequentemente soldadas em conjunto e soldadas no módulo de alojamento de penetrador 210C. As localizações destas soldas são mostradas nos pontos de solda 1701. A solda, montagem e configuração do módulo de penetrador 213C compreendendo os penetradores elétricos cerâmicos 900, casca frontal 216C e casca traseira 217C proporcionam um corpo integral e único compreendendo o módulo de penetrador 213C, penetradores cerâmicos elétricos 900 e módulo de alojamento de penetrador 210A para integridade de pressão na conexão final.

[063] Com referência agora à Figura 7B, é proporcionada uma vista em corte parcial do mecanismo de vedação 70 e da interface de flange 214C do módulo de alojamento de penetrador 210C. O corpo único formado no processo descrito acima e compreendendo o módulo de penetrador 213C, os penetradores elétricos cerâmicos 900, e o módulo de alojamento de penetrador 210C é selado ao adaptador de carretel 220C por vedações independentes de metal - metal, formadas por contanto de metal face a face entre as duas interfaces de flange 215C e 214C (mostradas na Figura 10) e uma junta de metal reutilizável 72. O colar 211C do módulo de alojamento de penetrador 210C é soldado pela solda 74 à interface de flange 214C. A vedação interna 74 e o canal de vedação de junta 240 com junta 74 compreendem a vedação de contato de metal face a face entre a interface de flange 214C e 215C.

[064] Com referência agora às Figuras 8 e 9, são proporcionadas vistas em perspectiva do penetrador elétrico de cerâmica 900 resistente ao fogo 900 e uma modalidade alternativa do penetrador 901. Cada penetrador elétrico de cerâmica 900 compreende um condutor de cobre de duas peças banhado a ouro 920, tendo uma primeira extremidade 912 e uma segunda extremidade 914, que é hermeticamente vedada em um isolante de cerâmica 910 por meio de processos de brasagem e solda. O isolante de cerâmica 910 pode compreender uma primeira porção de corpo 916 e uma segunda porção de corpo 918, ou pode compreender uma porção de corpo único. O isolante de cerâmica 910 pode ser cilíndrico e pode ser vedado e unido ao condutor 920 por uma camisa vedante 930, uma primeira camisa de extremidade metálica 932 e segunda camisa de extremidade metálica 934 pelos processos de brasagem e solda. Os isolantes cerâmicos fornecem várias vantagens sobre os pinos elétricos isolados moldados por injeção polimérica, especialmente quando o pino está atuando como um penetrador, onde grandes diferenciais de pressão podem existir.

[065] A primeira vantagem dos isolantes cerâmicos sobre o isolamento poli- mérico é a resistência a falhas devido à temperatura. Os isolamentos poliméricos típicos são suscetíveis a uma redução significativa nas propriedades físicas e mecâ- nicas em sua temperatura de transição vítrea, e podem ter problemas com fluência durante a vida útil do penetrador. Em contraste, a temperatura limite para a integridade mecânica dos conjuntos penetradores de cerâmica, como para o penetrador elétrico de cerâmica 900, é tipicamente ditada pelo enchimento de brazagem e componentes metálicos incluindo as primeiras 932 e segundas camisas de extremidade 934, a camisa de vedação 930, e condutor 920. Isto permite que o penetrador elétrico de cerâmica 900 resista a temperaturas várias centenas de graus mais elevada do que pode ser conseguido utilizando isolamentos poliméricos, embora a integridade elétrica possa ficar comprometida devido a outros componentes poliméricos no sistema, tais como isolamento de cabos e vedações de reforço. Além disso, os efeitos de fluência a longo prazo são eliminados quando se utilizam isolantes de cerâmica, como o isolante 910, e os materiais cerâmicos exibem tradicionalmente melhor resistência química do que os materiais de isolamento de pinos poliméricos tradicionais.

[066] O penetrador elétrico de cerâmica 900 possui várias diferenças em relação ao penetrador 901, incluindo geometria de controle de tensão elétrica diferente, geometria de camisa de vedação e geometria de contato elétrico atualizada. São mostradas as diferenças entre a geometria da camisa de vedação 930 do penetrador elétrico de cerâmica 900 e a geometria da camisa de vedação 931 do penetrador 901.

[067] Com referência agora às Figuras 10 e 11, vistas de seção transversal da submontagem de tampão de cabeça de poço 200A compreendendo um módulo de alojamento de penetrador 210A, um conjunto de penetradores elétricos de cerâmica 900, e um adaptador de carretel de cabeça de poço 220A são fornecidos. A porção de interface frontal 970 dos penetradores elétricos de cerâmica 900 na abertura 212A do módulo de revestimento de penetrador 210A faz interface funcional com a vedação de bota 1400 do receptáculo de conector de encaixe seco 300, mos- trado nas Figuras 11 e 13. O adaptador de carretel 220A provê uma conexão de saída de 90° de uma interface de flange do tipo 6B 230 a uma interface de flange compacta 215A, e é uma solda de componentes simples compreendendo o tubo 221A, o gargalo 228A, interface de flange 230 e interface de flange 215A.

[068] Além de fornecer integridade de pressão sob condições normais, o tampão de cabeça de poço 200A deve manter a integridade da pressão em caso de incêndio; essa funcionalidade está em conformidade com a API 6FB, Parte II. A API 6FB, Parte II rege o teste de incêndio da conexão final para condições de compartimento de poço offshore e exige que a conexão final, como a submontagem de tampão de cabeça de poço 200A, sob 75% de pressão de trabalho, seja submetida a um incêndio de 30 minutos de um único ponto queimador 291 do módulo de alojamento de penetrador 210A a uma temperatura medida de 1800 °F (982,22 °C). Podem ser aplicadas cargas de tração e de flexão, conforme aplicável. Em uma modalidade alternativa, podem ser empregues técnicas passivas de proteção contra fogo, incluindo, mas não se limitando a, capas de isolamento térmico instaladas sobre a submon- tagem de tmapão de cabeça de poço 200A durante a composição.

[069] O módulo de penetrador 213A, módulo de alojamento de penetrador 210A e adaptador de carretel 220A fornecem a barreira de pressão do corpo contendo pressão secundária para o sistema de interconexão de energia 100; os limites desta função de contenção de pressão dentro da área interior 227A por trás do módulo de penetrador 213A e dentro do adaptador de carretel 221A.

[070] Com referência agora às Figuras 12A e 12B, vistas em perspectiva e seção transversal de um receptáculo de conector de encaixe seco 300 são fornecidas. O receptáculo de conector de encaixe seco 300 proporciona a desconexão rápida da submontagem de tampão de cabeça de poço 200A e receptáculo de conector de encaixe seco 300, bem como conformidade com a diretiva ATEX. Devido à corrente e tensão aplicada ao sistema, um método de proteção à prova de fogo (Ex d) fornecido pelo prensa-cabo Ex d 312 é implementado no projeto para simplificar, já que outros métodos de proteção, como segurança intrínseca, não são práticos para os determinados níveis de energia ou restrições de montagem.

[071] O receptáculo de conector de encaixe seco 300 compreende os seguintes componentes primários: a camisa de travamento 320, a casca de terminação 302, o prensa-cabo Ex d 312, o pigtail do cabo de alimentação 310, a submontagem de contato de soquete 330 e a vedação de bota 1400. Os cabos individuais 336 do pigtail de cabo 310 separam-se do pigtail principal 310 na área interior 304 e é cravado no contato de encaixe 334 que estão adaptados para encaixar com o contato elétrico 920 da porção de interface 970 do penetrador elétrico de cerâmica 900.

[072] Com referência agora à Figura 13, é proporcionada uma vista em corte transversal em perspectiva da vedação de bota de múltiplas camadas 1400. A continuidade elétrica entre uma fonte de energia externa e o sistema 100 é fornecida pelo contato de soquete 334 da montagem de soquete 330 mostrada na figura 12B. A vedação de bota 1400 compreende uma camada intermediária de isolamento 1420 e camada interna semicondutora 1430 e camada externa 1410. A montagem de so- quete 330 enruga diretamente nos cabos individuais 336 do pigtail de cabo 310 e faz a interface através do contato de soquete ou banda de contato 334 com os penetra- dores elétricos de cerâmica 900 no módulo de alojamento de penetrador 210A. O isolamento elétrico e o controle de tensão são fornecidos pela vedação de bota elas- tomérica 1400.

[073] Com referência agora à Figura 14, é fornecida uma visão detalhada da interface entre a vedação de bota 1400 e o penetrador elétrico de cerâmica resistente ao fogo 900. A camada semicondutora interna 1430 da vedação de bota 1400 atua como uma blindagem de condutor e está intimamente ligada à camada de isolamento 1420 para evitar a descarga parcial (PD). A camada semicondutora externa 1410 atua como uma blindagem de isolamento, mantendo a continuidade do plano subterrâneo desde a tela de isolamento de cabos do cabo 336 até o módulo de alojamento de penetrador 210B. A camada semicondutora externa 1410 entra em contato intimamente com uma camada de metalização da camisa de vedação 932 na parte externa do isolante de cerâmica 910 do penetrador elétrico de cerâmica 900. A metalização 930 na parte externa da primeira porção de corpo 916 do isolante cerâmico 910 do penetrador elétrico de cerâmica 900 está em contato direto com o módulo de penetrador 213A, que também é aterrado através do contato com a camisa de travamento do receptáculo 320. A blindagem de fase individual não é mantida além da submontagem de tampão de cabeça de poço 200A.

[074] A proteção à prova de chamas da presente invenção depende do controle da largura e comprimento de todos os caminhos de chama. No caso de um arco dentro do conector, as folgas justas dentro do receptáculo de conector de encaixe seco 300 e módulo de alojamento de penetrador 210A removem a energia da frente de chama, de modo que a combustão é insustentável, evitando assim que a explo-são interna se propague para o ambiente circundante. O controle do caminho da chama é mostrado em mais detalhes na Figura 15.

[075] Com referência agora à Figura 15, é proporcionada uma vista em corte detalhada do receptáculo de conector de encaixe seco 300 acoplado operativamente ao módulo de alojamento de penetrador 210A. O controle do caminho da chama é mantido na interface de encaixe entre o receptáculo e o tampão 324, entre as camadas duras do receptáculo em 322 e 306 e na entrada de cabo 313 e 311. A interface de encaixe 324 e os espaços entre as camadas duras de receptáculo 322 e 306 são juntas de dobragem simples dimensionadas de acordo com a norma EN 60079-1; o prensa-cabo 312 pode ser um prensa-cabo disponível comercialmente para uso em locais perigosos. Os caminhos de chama controlados 324, 322, 306, 313 e 311 estão nas interfaces entre cada componente no receptáculo de conector de encaixe seco 300 e entre a interface de encaixe do receptáculo de conector de encaixe seco 300 e a submontagem de conector da cabeça de poço 200A. O prensa-cabo 312 faz interface com a casca de terminação 302 no ponto 313 do receptáculo de conector de encaixe seco 300 por meio de um simples NPT ou interface de rosca métrica.

[076] Com referência agora à Figura 16, é proporcionada uma vista de seção transversal em perspectiva de um suspensor de coluna 600 com módulo de penetra- dor de suspensor de coluna 700 e conector encaixe 530. O módulo de penetrador de suspensor de coluna 700 é disposto no fundo do suspensor de coluna 600 e terminado no conector encaixe 530 (mostrado na Figura 18) no funil de guia 550 que é montado na placa 560. O penetrador de suspensor de coluna 700 é terminado para o conector encaixe 530 e é integrado no suspensor de coluna 600 em uma instalação onshore. O pigtail de cabo 570 e a porção superior 580 do penetrador de suspensor de coluna 700 unem o módulo de penetrador de suspensor de coluna 700 ao conector encaixe 530.

[077] Com referência agora à Figura 17, uma vista detalhada da interface entre a montagem de receptáculos de encaixe 510 e o conjunto de funis de guia 550, ilustrando as propriedades de tolerância de desalinhamento da montagem de conformidade 512 é fornecida. O receptáculo de encaixe 510 faz interface com o corpo contendo pressão secundária 400 em uma montagem de conformidade carregada com mola 512. A montagem de conformidade 512 proporciona tolerâncias de desali- nhamento para encaixe entre o receptáculo de encaixe 510 e o funil de guia 550 e o conector encaixe 530. O desalinhamento pode ser devido a tolerâncias de fabricação e instalação, desalinhamento temporário durante a aterrissagem do corpo contendo pressão secundária 400 ou devido ao movimento dos componentes de cabeça de poço sob condições operacionais. As categorias de tolerâncias de desalinhamen- to esperadas para a montagem estão listadas na Tabela 2 e a orientação é mostrada na Figura 17. A tolerância axial 17A é compensada pela placa de montagem carregada com mola 512. A tolerância rotacional 17C é compensada pelo funil de guia 550 e 511. A tolerância angular 17B é compensada pelo funil de guia 550, placa de montagem fendada 511 e placa de montagem carregada com mola 512.

[078] Com referência agora à Figura 18, é proporcionada uma vista detalhada da submontagem de conector encaixe 555. O conector encaixe 530 é montado na parte superior do suspensor de coluna 600 e compreende funis de alinhamento 550 que proporcionam um alinhamento fino durante o encaixe. Um contato elétrico macho simples 534 crimpado na extremidade do pigtail 570 a partir do módulo de penetrador de suspensor de coluna 700. O isolamento elétrico e o controle de tensão são proporcionados por uma vedação de bota 532 que é instalada após o cra- vamento.

[079] Com referência agora também à Figura 19, que proporciona uma vista em corte transversal em perspectiva da submontagem de conector encaixe 555, a interface entre o módulo de penetrador de suspensor de coluna 700 e a submonta- gem de conector encaixe 555 pode ser vista em maior detalhe. O projeto da vedação de bota 532 inclui uma característica de retenção positiva para manter o contato 534 no lugar durante o encaixe e a operação, no entanto, o conector encaixe 530 não funciona como uma vedação no topo do suspensor de coluna 600. Para mitigar a água reunida no topo 580 do módulo de penetrador de suspensor de coluna 700, a cavidade 770 abaixo do conector deve ser preenchida com uma substância mais densa do que a água. Adicionalmente, os materiais compreendendo a porção superior 580 e a montagem de vedação de penetrador de suspensor de coluna 780 são compatíveis com fluidos de aplicação típicos, minimizando ainda mais o risco de acumulação de água no topo da terminação.

[080] Com referência agora à Figura 20, é proporcionada uma vista em perspectiva, em corte transversal, da interface entre um receptáculo de encaixe (510) e um conector encaixe 530. A montagem de encaixe de cabeça de poço 500 é um par de conector de encaixe de receptáculo de encaixe 510 e conector de encaixe 530 que proporciona uma interface elétrica entre o corpo contendo pressão secundária 400 e o suspensor de coluna 600. O conector de receptáculo de encaixe 510 encaixa conforme o corpo contendo pressão secundária 400 é aterrado e permanece na posição instalada do corpo contendo pressão secundária 400 em relação ao suspensor de coluna 600 para impedir que o par de conector, o receptáculo de encaixe 510 e o conector de encaixe 530 se separem. Ao acoplar, o exterior 516 do receptáculo de encaixe 510 encosta no fundo 515 do interior 554 do funil de guia 550. A borda externa alargada 552 do funil de guia 550 ajuda no encaixe seguro do receptáculo de encaixe 510 com o conector encaixe 5ab. O pigtail 232 forma uma conexão elétrica com o contato 534 quando encaixado. O receptáculo de encaixe 510 é montado no corpo contendo pressão secundária 400 e se conecta ao modulo de alojamento de penetrador 210A através do cabo flexível / pigtail 232. O conector encaixe 530 é montado na parte superior do suspensor de coluna 600 e é terminado em um pigtail de cabo flexível 570 a partir da porção superior 580 do módulo de pe- netrador de suspensor de coluna 700.

[081] Com referência agora às Figuras 21A e 21B, uma vista frontal e lateral, respectivamente de um penetrador de suspensor de coluna 710, caixa de ovalização de cabo 730, cabo ESP 740, disposto no poço de produção 830 do revestimento 800 são fornecidos. O penetrador de suspensor de coluna 710 com caixa de ovalização de cabo 730 proporciona integridade de pressão e continuidade elétrica e integrida- de na terminação do cabo ESP 740, e fornece proteção mecânica para o cabo ESP 740 no poço de produção 830 que tem a bainha polimérica ou armadura galvanizada removidos. A montagem 700 é projetada de tal modo que todos os principais componentes estão situados acima do fluxo de produção 810 para minimizar a interferência com o fluxo de produção e evitar a exposição ao fluxo turbulento devido à rotação de 90° na saída de produção. A caixa de ovalização 730 recebe os cabos individuais 742 dos penetradores de suspensor de coluna 710. O revestimento 744 da caixa de ovalização 730 protege as extremidades 742 do cabo ESP 740 quando eles entram nos penetradores de suspensor de coluna 710. A caixa de ovalização 730 está disposta no eixo 2102 e é mantida no lugar pelas montagens de fixação superior 2104 e inferior 2016. A caixa de ovalização 730 pode ser desembarcada ou instalada nas montagens de fixação superiores e inferiores 2104 e 2016 depois das montagens terem sido instaladas no eixo 2102.

[082] Com referência agora à Figura 22, é proporcionada uma vista detalhada, em corte transversal, do limite de pressão 788 na porção superior 790 da montagem de vedação do módulo de penetrador de suspensor de coluna 780. A integridade da pressão entre o poço de produção 830 e a cavidade 770 do suspensor de coluna 600 é proporcionada pela montagem de vedação do módulo de penetrador de suspensor de coluna 780 no limite de pressão primária 788. O módulo de penetrador de suspensor de coluna consiste em duas camadas duras metálicas 784, um pene- trador termoplástico 782 e vedações elastoméricas 786 com molas antiextrusão so- bremoldadas. Uma porca roscada 789 fornece retenção mecânica para a montagem de vedação do módulo de penetrador 780. As vedações 786 podem ser qualificadas para vedação segundo a norma Norsk Sokkels Konkuranseposisjon (“NORSOK”) M710, ISO 10423 ou outros padrões relevantes da indústria. Em uma modalidade, o material de vedação 786 é um elastômero de fluorocarboneto com uma classificação de temperatura anunciada de <-20 ° C a >+121 °C, excelente resistência RGD e compatível para operar a pressões até 15.000 psi. A montagem de vedação de módulo de penetrador de suspensor de coluna 780 está localizada suficientemente funda no suspensor de coluna 600 para ser termicamente isolada da submontagem de cabeça de cabeça de poço 700A em caso de qualquer incêndio ou explosão externa. Isto proporciona a utilização de elementos termoplásticos convencionais na montagem de vedação de módulo de penetrador de suspensor de coluna 780.

[083] Com referência agora à Figura 23, é proporcionada uma vista em corte de uma montagem de vedação de módulo de penetrador de suspensor de coluna 780, módulo de vedação de penetrador 710 e suspensor de coluna 600. As botas 580 e 711 no pino do penetrador 782 unem o pigtail 570 com a ovalização do cabo ESP 730. A ovalização do cabo ESP 730 entra no fundo do módulo de vedação do penetrador 710 e é unida no volume de terminação 713 do módulo de vedação do penetrador 710 pela bota de vedação 711. O pino do penetrador 782 com camadas duras metálicas 784 e vedações 786 forma o limite de pressão entre o suspensor de coluna 600 e o poço de produção 830. O volume de terminação 713 do módulo de vedação 710 que é envolvido pela casca externa 717 pode ser preenchido com óleo ou outro fluido viscoso adequado para manter a integridade do módulo de vedação 710.

[084] Com referência agora à Figura 24, é proporcionada uma vista em corte transversal de uma configuração de vedação de cabo ESP. O cabo ESP 730 é vedado por dois componentes elastoméricos 750 e 752 na entrada do volume de terminação 713. O primeiro elemento de vedação 750 é uma vedação de bucim (gland sealling) que evita a entrada de fluido no volume de terminação 713 ao longo da bainha externa 754 do cabo. O segundo elemento de vedação é uma vedação de bota 752 que cobre a extremidade da bainha dianteira 756, impedindo a saída de fluido do alojamento de terminação de cabo 710 nos interstícios entre as camadas do cabo ESP 730. Um parafuso 714 retém o fluido dentro do volume de terminação 713 do alojamento de termina- ção 710 e fluido pode ser adicionado ou removido do volume 713 através da porta de enchimento de óleo 716. A parede externa 717 do projeto de clamsheel está disposta em torno da extremidade do alojamento de terminação 718 do alojamento de terminação 710.

[085] A extremidade de alojamento de terminação 718 do módulo de pene- trador de suspensor de coluna 700 é um projeto de clamshell. O projeto de clamshell elimina pequenos fixadores que poderiam se soltar durante a operação e cair no poço de produção 830. Benefícios adicionais do projeto de clamshell incluem instala-ção mais fácil do alojamento de terminação 710, altura reduzida necessária para instalação e alinhamento independente do alojamento relativo 717 para a forma de rosca no suspensor de coluna 600. Esta independência permite que a porta de enchimento de óleo 716 seja facilmente acessível, independentemente da orientação da rosca no suspensor de coluna 600.

[086] O balão 720 é vedado por um conjunto de dois anéis de vedação, como o anel de vedação 719 na parte inferior do balão 720, que são retidos axialmente pelo alojamento de clamshell 717. O alojamento de clamshell 717 é seguro por um par de bandas de cabo 722.

[087] Embora a invenção tenha sido descrita com referência a certas modalidades preferidas, deve ser entendido que numerosas alterações poderiam ser feitas dentro do espírito e âmbito do conceito inventivo descrito. Na implementação, os conceitos inventivos podem ser realizados automática ou semi automaticamente, isto é, com algum grau de intervenção humana. Além disso, a presente invenção não deve ser limitada no seu âmbito pelas modalidades específicas aqui descritas. Está totalmente contemplado que outras várias modalidades e modificações da presente invenção, além das aqui descritas, tornar-se-ão evidentes para os especialistas na técnica a partir da descrição anterior e dos desenhos anexos. Assim, essas outras modalidades e modificações são abrangidas pelo âmbito das seguintes reivindica- ções anexas. Além disso, embora a presente invenção tenha sido aqui descrita no contexto de modalidades e implementações e aplicações particulares e em ambientes particulares, os especialistas na técnica apreciarão que a sua utilidade não está limitada aos mesmos e que a presente invenção pode ser aplicada beneficamente em inúmeras formas e ambientes para qualquer número de finalidades. Consequentemente, as reivindicações apresentadas abaixo devem ser interpretadas tendo em vista a amplitude e o espírito totais da presente invenção como aqui divulgada.

Claims

1. Penetrador elétrico resistente ao fogo (900), CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: um corpo (916, 918) tendo uma primeira e uma segunda extremidade (912, 914), o corpo (916, 918) compreendendo um isolante (910), um condutor (920) disposto dentro do corpo (916, 918); um elemento de vedação metálico (930) disposto em torno e fixado firme-mente a um meio do corpo (916, 918) e adaptado para ser usado em um processo de união de metal; e um conjunto de camisas de extremidade metálicas (932, 934) dispostas nas primeira e segunda extremidades do corpo cilíndrico, unindo o condutor (920) ao corpo (916, 918), em que o condutor (920) se estende para além das primeira e segunda ex-tremidades (912, 914) do corpo (916, 918).

2. Penetrador (900), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o corpo (916, 918), o elemento de vedação (930), as camisas de extremidades metálicas (932, 934) e o condutor (920) são unidos por uma combina-ção de processos de brasagem e solda.

3. Penetrador (900), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o condutor (920) é um condutor de cobre de duas peças banhado a ouro.

4. Penetrador (900), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o penetrador (900) é montado em um ambiente de alto vácuo ou nitrogênio seco, através do qual o ar é purgado de um volume formado dentro do penetrador elétrico de cerâmica.

5. Penetrador (900), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o corpo (916, 918) é cilíndrico.

6. Penetrador (900), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o isolante (910) compreende um isolante de cerâmica.

7. Penetrador (900), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que é proporcionada resistência térmica e ao fogo adicional para o pe- netrador (900) por resfriamento convectivo, isolamento passivo ou blindagem de ca-lor.

8. Montagem de passagem de alimentação resistente ao fogo (200C), CARACTERIZADA pelo fato de que compreende: um conjunto de penetradores elétricos isolados (900) dispostos dentro de um módulo de penetrador (213C), o módulo de penetrador (213C) disposto dentro de um módulo de alojamento de penetrador (210C), o módulo de alojamento de pene- trador (210C) tendo uma primeira interface de flange (214C); um adaptador de carretel (spool) (220C) tendo uma interface lateral (230) e uma segunda interface de flange (215C), o adaptador de carretel (220C) unido à primeira interface de flange (214C) do módulo de alojamento de penetrador (210C) pela segunda interface de flange (215C), em que um limite de contenção de pressão (227A) é formado por trás do módulo de penetrador (213C); e em que a interface lateral (230) do adaptador de carretel (220C) é adaptada para montagem em um anteparo (bulkhead).

9. Montagem (200C), de acordo com a reivindicação 8, CARACTERIZADA pelo fato de que os penetradores elétricos isolados (900) são soldados ao módulo de penetrador (213C) e em que o módulo de penetrador (213C) é soldado ao módulo de alojamento de penetrador (210C).

10. Montagem (200C), de acordo com a reivindicação 8, CARACTERIZADA pelo fato de que cada penetrador elétrico isolado no conjunto de penetradores elétri-cos isolados (900) compreende: um corpo (916, 918) tendo uma primeira e uma segunda extremidades (912, 914), o corpo (916, 918) compreendendo um isolante (910), um condutor (920) disposto dentro do corpo (916, 918), um elemento de vedação (930) disposto em torno do corpo (916, 918); e um conjunto de camisas de extremidade metálicas (932, 934) dispostas nas primeira e segunda extremidades (912, 914) do corpo (916, 918), unindo o condutor (920) ao corpo (916, 918), em que o condutor (920) se estende para além das primeira e segunda ex-tremidades (912, 914) do corpo (916, 918).

11. Montagem (200C), de acordo com a reivindicação 10, CARACTERIZADA pelo fato de que o corpo (916, 918) do penetrador elétrico isolado é cilíndrico e em que o isolante (910) compreende um isolante de cerâmica.

12. Montagem (200C), de acordo com a reivindicação 8, CARACTERIZADA pelo fato de que compreende ainda um receptáculo elétrico (300) adaptado para en-caixar com o módulo de alojamento de penetrador (210C) e formar uma conexão elétrica operativa com o conjunto de penetradores elétricos isolados (900).

13. Montagem (200C), de acordo com a reivindicação 12, CARACTERIZADA pelo fato de que o receptáculo elétrico (300) compreende ainda um conjunto de componentes compreendendo: uma camisa de travamento (320), uma casca de terminação (302), um bucim de cabos (cable gland) (312), um pigtail de cabo de alimentação (310); e uma submontagem de contato de soquete (330).

14. Montagem (200C), de acordo com a reivindicação 13,CARACTERIZADA pelo fato de que um conjunto de folgas entre o conjunto de com-ponentes do receptáculo elétrico (300) evita a propagação de uma explosão ou frente de chama a partir do interior do receptáculo elétrico (300).

15. Montagem (200C), de acordo com a reivindicação 8, CARACTERIZADA pelo fato de que o anteparo (400) compreende uma barreira de pressão secundária (420), a barreira de pressão secundária (420) compreendendo uma tree cap.

16. Montagem (200C), de acordo com a reivindicação 8, CARACTERIZADA pelo fato de que é fornecida resistência térmica e ao fogo adicional para o conjunto de penetradores elétricos isolados (900) por resfriamento convectivo, isolamento passivo ou blindagem térmica.

17. Montagem de passagem de alimentação resistente ao fogo (200C), CARACTERIZADA pelo fato de que compreende: um conjunto de penetradores elétricos isolados (900) dispostos dentro de um módulo de penetrador (213C), o módulo de penetrador (213C) disposto dentro de um módulo de alojamento de penetrador (210C), o módulo de alojamento de pene- trador (210C) tendo uma primeira interface de flange (214C), um adaptador de carretel (spool) (220C) tendo uma interface lateral (230) adaptada para montagem em um anteparo (400) e uma segunda interface de flange (215C), o adaptador de carretel (220C) unido à primeira interface de flange (214C) do módulo de alojamento de penetrador (210C) pela segunda interface de flange (215C), em que um limite de contenção de pressão (227A) é formado atrás do módulo de penetrador (213C); e o módulo de penetrador (213C) compreendendo ainda uma montagem de vedação de penetrador interno (780) compreendendo: um conjunto de cascas metálicas (784) disposto em torno do conjunto de penetradores elétricos (900); e conjunto de vedações (786) disposto dentro do conjunto de cascas me-tálicas (784) e em torno de cada penetrador elétrico do conjunto de penetradores elétricos (900).

18. Montagem (200C), de acordo com a reivindicação 17,CARACTERIZADA pelo fato de que os penetradores elétricos isolados são soldados ao módulo de penetrador (213C) e em que o módulo de penetrador (213C) é soldado ao alojamento de penetrador.

19. Montagem (200C), de acordo com a reivindicação 17, CARACTERIZADA pelo fato de que cada penetrador elétrico isolado no conjunto de penetradores elétricos isolados (900) compreende: um corpo (916, 918) tendo uma primeira e uma segunda extremidade (912, 914), o corpo (916, 918) compreendendo um isolante (910), um condutor (920) disposto dentro do corpo (916, 918); um elemento de vedação (930) disposto em torno do corpo (916, 918); e um conjunto de camisas de extremidade metálicas (932, 934) dispostas nas primeira e segunda extremidades (912, 914) do corpo (916, 918), unindo o condutor (920) ao corpo (916, 918), em que o condutor (920) se estende para além das primeira e segunda ex-tremidades (912, 914) do corpo (916, 918).

20. Montagem (200C), de acordo com a reivindicação 19, CARACTERIZADA pelo fato de que o corpo (916, 918) do penetrador elétrico isolado é cilíndrico e em que o isolante (910) compreende um isolante de cerâmica.

21. Montagem (200C), de acordo com a reivindicação 17, CARACTERIZADA pelo fato de que compreende ainda um receptáculo elétrico (300) adaptado para encaixar no módulo de alojamento de penetrador (210C) e formar uma conexão elétrica operativa com o conjunto de penetradores elétricos isolados (900).

22. Montagem (200C), de acordo com a reivindicação 21, CARACTERIZADA pelo fato de que o receptáculo elétrico (300) compreende ainda um conjunto de componentes compreendendo: uma camisa de travamento (320); uma casca de terminação (302); um bucim de cabo (cable gland) (312); um pigtail de cabo de alimentação (310); e uma submontagem de contato de soquete (330).

23. Montagem (200C), de acordo com a reivindicação 21, CARACTERIZADA pelo fato de que um conjunto de folgas entre o conjunto de com-ponentes do receptáculo elétrico (300) evita a propagação de uma explosão ou chama frontal a partir do interior do receptáculo elétrico (300).

24. Montagem (200C), de acordo com a reivindicação 17, CARACTERIZADA pelo fato de que a montagem de vedação de penetrador interno (780) é disposta dentro de uma montagem de equipamento e termicamente isolada do módulo de penetrador (213C).

25. Montagem (200C), de acordo com a reivindicação 17, CARACTERIZADA pelo fato de que a montagem de vedação de penetrador interno (780) está adaptada para fornecer uma barreira de pressão para uma pressão dife-rencial.

26. Montagem (200C), de acordo com a reivindicação 17, CARACTERIZADA pelo fato de que o penetrador da montagem de vedação do pe- netrador interno (780) compreende um penetrador termoplástico (782).

27. Montagem (200C), de acordo com a reivindicação 17, CARACTERIZADA pelo fato de que o conjunto de vedações da montagem de veda-ção de penetrador interno (780) compreende vedações elastoméricas (786) com mo-las antiextrusão sobremoldadas.

28. Montagem (200C), de acordo com a reivindicação 17, CARACTERIZADA pelo fato de que a montagem de vedação de penetrador interno (780) é fixada por uma porca roscada (789).

29. Montagem (200C), de acordo com a reivindicação 17, CARACTERIZADA pelo fato de que a interface lateral (230) está disposta no ante-paro (400), o anteparo (400) compreendendo uma tree cap e formando uma barreira de pressão em um revestimento.

30. Montagem (200C), de acordo com a reivindicação 17, CARACTERIZADA pelo fato de que é proporcionada resistência térmica e ao fogo adicional para o conjunto de penetradores elétricos isolados (900) por resfriamento convectivo, isolamento passivo ou blindagem térmica.