BR112019008919B1

BR112019008919B1 - Sistema de cabeça terminal de motor submersível elétrico, e, cabeça terminal para conectar eletricamente um cabo de energia a um motor submersível elétrico

Info

Publication number: BR112019008919B1
Application number: BR112019008919-5A
Authority: BR
Inventors: Adam Michael Zugelder; Jeffrey G. Frey
Original assignee: Halliburton Energy Services, Inc
Priority date: 2016-12-09
Filing date: 2017-12-09
Publication date: 2023-04-18
Also published as: CA3038359C; SA519401710B1; DE112017006213T5; CO2019004451A2; US20180163728A1; CN109891718B; NO347151B1; MX2019005037A; GB2568207B; WO2018107136A1; BR112019008919A2; CA3038359A1; US10190589B2; NO20190407A1; AR110345A1; GB2568207A; CN109891718A; GB201903605D0

Abstract

Uma vedação de cabo de cabeça terminal para motores submersíveis elétricos. Um sistema de cabeça terminal de motor submersível elétrico incluindo uma cabeça terminal que acopla um cabo de energia a um motor submersível elétrico operável em fluido de poço, a cabeça terminal incluindo uma vedação de dedo incluindo um dedo em torno de cada fase do cabo de energia e um flange radial, uma placa de compressão que exerce uma força radial sobre cada fase a partir de uma carga axial fornecida pela placa de compressão contra o flange radial, um assento de vedação incluindo soquetes que recebem cada dedo; um espaço estendendo entre uma porção de um diâmetro externo de cada dedo e um diâmetro interno alargado do soquete do assento de vedação e um anel de vedação estendendo circunferencialmente em torno de um diâmetro externo de cada dedo e tangente ao flange, o anel de vedação contatando o diâmetro interno alargado do assento de vedação e fechando o espaço para o ingresso de fluido de poço.

Description

ANTECEDENTES 1. CAMPO DA INVENÇÃO

[001] As modalidades da invenção descrita aqui se referem ao campo de conexões de cabo de energia de motor submersível elétrico. Mais particularmente, porém não como limitação, uma ou mais modalidades da invenção permitem uma vedação de caba cabeça terminal para motores submersíveis elétricos.

2. DESCRIÇÃO DA TÉCNICA RELACIONADA

[002] Fluido, como gás natural, óleo ou água, '=e frequentemente localizado em formações subterrâneas. Quando a pressão no poço não é suficiente para forçar fluido para fora do poço, o fluido deve ser bombeado para a superfície de modo que possa ser coletado, separado, refinado, distribuído e/ou vendido. Bombas centrífugas são tipicamente usadas em aplicações de bomba submersível elétrica (ESP) para elevar fluido de poço até a superfície. Bombas centrífugas aceleram um fluido de trabalho através de um impulsor rotativo, que é acionado por um eixo rotativo.

[003] A rotação do eixo é acionada por um motor elétrico localizado no lado à montante do conjunto de bomba. O motor é tipicamente um motor de indução de gaiola de esquilo trifásico de dois polos. A fonte de energia ESP está situada na cabeça do poço e é conectada ao motor por condutores elétricos, isolados, que estendem ao longo do conjunto de ESP para baixo para dentro do poço. O cabo de extensão de fio de motor (MLE), também mencionado como plano de motor, é um cabo achatado, de perfil baixo que é reunido com a extremidade inferior do cabo de energia principal, em faixa com o lado da bomba ESP e seção de câmara de vedação, e tem a terminação macho para tamponar ou reunir na conexão elétrica de motor. No ponto de conexão com o motor, o MLE estende através de um conector elétrico protegido que engata com um receptáculo elétrico no motor. O conector elétrico é às vezes mencionado na técnica como uma “cabeça terminal”, denominado devido aos condutores encapsulados ou enchidos no conector elétrico. Fluido de poço não deve contatar os cabos elétricos do motor ou conexões elétricas para evitar falha dos cabos que fornecem energia ao motor. A falha dos cabos de energia pode causar energia inadequada para o motor e falha do motor.

[004] A cabeça terminal convencional inclui um corpo de aço resistente à corrosão e material isolante elastomérico dentro do corpo que tenta vedar e isolar as conexões elétricas. Uma abordagem convencional para isolar os cabos de energia de motor a partir do fluido de poço foi montar uma cabeça terminal com borracha não curada. A borracha é cozida para curar a borracha e formar uma barreira hermética a fluido de poço em torno dos cabos de energia. A barreira deve ser hermética para manter fora o fluido do poço. Um problema que origina é que a borracha cura tão apertadamente que não há espaço livre deixado no interior do corpo de cabeça terminal. Quando o conjunto de ESP opera, sua temperatura aumenta e os cabos de energia expandem em resposta à elevação de temperatura. Sem espaço livre dentro do corpo de cabeça terminal, o isolamento de borracha pressiona o cabo de modo tão forçado que o isolamento de cabo cisalha, levando à falha do cabo.

[005] Outra abordagem convencional para vedar as conexões de cabo de motor ESP tem sido forçar um material de formato cunhado entre um par de isolantes opostos. Entretanto, como a abordagem de borracha curada, esses isoladores cunhados sofrem similarmente de falta de espaço para acomodar expansão térmica.

[006] Com é evidente a partir do acima, conexões de cabeça terminal elétrica atuais não são capazes de fornecer uma vedação hermética enquanto permitem a expansão térmica. Portanto, há necessidade de uma vedação de cabo de cabeça terminal aperfeiçoada para motores submersívei8s elétricos.

SUMÁRIO

[007] Uma ou mais modalidades da invenção permitem uma vedação de caba cabeça terminal para motores submersíveis elétricos.

[008] Uma vedação de caba cabeça terminal para motores submersíveis elétricos é descrita. Uma modalidade ilustrativa de um sistema cabeça terminal de motor submersível elétrico inclui uma cabeça terminal que acopla um cabo de energia um motor submersível elétrico, o motor submersível elétrico operável em fluido de poço, a cabeça terminal incluindo uma vedação de dedo inclui um dedo em torno de cada fase do cabo de energia e um flange radial, uma placa de compressão que exerce uma força radial sobre cada fase de uma carga axial fornecida pela placa de compressão contra o flange radial, um assento de vedação incluindo soquetes que recebem cada dedo, um espaço estendido entre uma porção de um diâmetro externo de cada dedo e um diâmetro interno alargado do soquete do assento de vedação e um anel de vedação estendido circunferencialmente em torno de um diâmetro externo de cada dedo e tangente ao flange radial, o anel de vedação contatando o diâmetro interno alargado do assento de vedação e fechando o espaço ao ingresso de fluido de poço. Em algumas modalidades, o espaço acomoda expansão térmica de componentes de cabeça terminal enquanto a cabeça terminal veda uma conexão entre o cabo de energia de motor submersível elétrico e o motor submersível elétrico a partir do fluido de poço. Em certas modalidades, os dedos estendem axialmente em torno da fase, e o anel de vedação comprime o dedo da vedação de dedo criando uma vedação a fluido de poço entre isolamento do cabo de energia de motor submersível elétrico e a vedação de dedo. Em algumas modalidades, cada dedo inclui pelo menos uma nervura em torno do dedo e voltado para o assento de vedação, pelo menos uma nervura espaçada ao longo do dedo e contatando o diâmetro interno alargado. Em certas modalidades, cada fase inclui um condutor circundado por isolamento e o cabo de energia submersível elétrico inclui blindagem que retém as fases juntas antes da entrada na cabeça terminal. Em algumas modalidades, a placa de compressão e o assento de vedação são blocos isolantes. Em certas modalidades, o espaço aumenta em diâmetro quando estende em direção ao flange radial.

[009] Uma modalidade ilustrativa de um sistema de cabeça terminal de motor submersível elétrico inclui uma cabeça terminal formando um conector elétrico engatado com um motor submersível elétrico, a cabeça terminal incluindo uma pluralidade de fases de cabo de energia estendendo através da cabeça terminal, uma vedação de dedo estendendo em torno da pluralidade de fases de cabo de energia dentro da cabeça terminal, a vedação de dedo incluindo um dedo estendendo axialmente e em torno de cada fase de cabo de energia estendendo através do dedo, uma nervura saliente estendendo em torno de cada dedo, e um flange radialmente estendido estendendo em torno de uma parte inferior dos dedos, a vedação de dedo comprimida entre uma placa de compressão abaixo do flange radialmente estendido e um assento de vedação acima do flange radialmente estendido e incluindo um soquete que circunda e recebe cada dedo, os soquetes do assento de vedação tendo cada um diâmetro interno alargado estendendo em torno de cada dedo, o diâmetro interno alargado contatando as nervuras salientes e formando um espaço entre cada dedo e o diâmetro interno alargado do assento de vedação, um anel de vedação fixado em torno de cada dedo abaixo da nervura saliente, e o anel de vedação fechando o espaço entre o dedo e o diâmetro interno alargado do assento de vedação. Em algumas modalidades, o anel de vedação e a vedação de dedo compreendem um entre monômero de etileno propileno dieno (EPDM) ou um fluoroborracha resistente a calor. Em certas modalidades, há três fases de cabo de energia na pluralidade de fases de cabo de energia e três prateleiras da vedação de dedo, e uma porção axial de cada dedo estende circunferencialmente em torno de cada fase de cabo de energia. Em algumas modalidades, há uma pluralidade de nervuras salientes estendendo em torno de cada dedo. Em certas modalidades, cada fase de cabo de energia na pluralidade de fases de cabo de energia inclui um condutor de cabo circundado por isolamento de cabo. Em algumas modalidades, o anel de vedação é assentado em um canto entre o flange radialmente estendido e o dedo, e posicionado entre a vedação de dedo e um chanfro do diâmetro interno alargado do assento de vedação. Em algumas modalidades, o motor submersível elétrico é um motor de indução de gaiola de esquilo de dois poços trifásico operando para girar uma bomba submersível elétrica de fundo de poço. Em certas modalidades, o motor submersível elétrico opera em temperaturas entre aproximadamente 450°F - 475°F. Em algumas modalidades, o anel de vedação é tangente ao flange radialmente estendido.

[0010] Uma modalidade alternativa de uma cabeça terminal para conectar eletricamente um cabo de energia a um motor submersível elétrico, a cabeça terminal incluindo um bloco isolante incluindo uma pluralidade de aberturas, uma vedação de dedo incluindo um dedo estendido através de cada abertura da pluralidade de aberturas, cada abertura incluindo um diâmetro interno afilado voltado para o dedo estendido através da abertura, cada dedo incluindo pelo menos uma nervura estendida circunferencialmente em torno do dedo e contatando o diâmetro interno afilado, e uma fase do cabo de energia estendido através de cada dedo. Em algumas modalidades, a cabeça terminal inclui ainda um flange radial estendido em torno da vedação de dedo. Em certas modalidades, a cabeça terminal inclui ainda um segundo bloco isolante comprimindo o flange radial. Em certas modalidades, a cabeça terminal inclui ainda um anel de vedação elastomérico em torno de cada dedo em um canto entre o flange radial e o dedo. Em algumas modalidades, o bloco isolante inclui ainda uma luva estendida axialmente acima do dedo em torno da fase do cabo de energia.

[0011] Em modalidades adicionais, características de modalidades específicas podem ser combinadas com características de outras modalidades. Por exemplo, características de uma modalidade podem ser combinadas com características de qualquer das outras modalidades. Em modalidades adicionais, características adicionais podem ser adicionadas às modalidades específicas descritas aqui.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0012] Vantagens da presente invenção podem se tornar evidentes para aqueles versados na técnica com o benefício da seguinte descrição detalhada e mediante referência aos desenhos em anexo nos quais:

[0013] A figura 1 é uma vista em seção transversal de uma vedação de caba cabeça terminal de uma modalidade ilustrativa.

[0014] A figura 2 é uma vista detalhada de um conjunto de vedação de caba cabeça terminal de uma modalidade ilustrativa.

[0015] As figuras 3A-3D são vistas em perspectiva de um sistema de vedação de caba cabeça terminal de uma modalidade ilustrativa sendo instalado em um cabo trifásico.

[0016] A figura 4 é uma vista em seção transversal de uma cabeça terminal de uma modalidade ilustrativa.

[0017] A figura 5 é uma vista em perspectiva de um conjunto de bomba submersível elétrica (ESP) empregando uma vedação de caba cabeça terminal de uma modalidade ilustrativa.

[0018] Embora a invenção seja suscetível a várias modificações e formas alternativas, modalidades específicas da mesma são mostradas como exemplo nos desenhos e podem ser aqui descritas em detalhe. Os desenhos podem não ser em escala. Deve ser entendido entretanto, que as modalidades descritas aqui e mostradas nos desenhos não pretendem limitar a invenção à forma específica revelada, porém ao contrário, a invenção é cobrir todas as modificações, equivalentes e alternativas compreendidas no escopo da presente invenção como definido pelas reivindicações apensas.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0019] Uma vedação de caba cabeça terminal para motores submersíveis elétricos é descrita. Na descrição exemplificadora a seguir, inúmeros detalhes específicos são expostos para fornecer uma compreensão mais completa de modalidades da invenção. Será evidente, entretanto, para uma pessoa de conhecimentos comuns que a presente invenção pode ser posta em prática sem incorporar todos os aspectos dos detalhes específicos descritos aqui. Em outros casos, características, quantidades ou medições específicas bem conhecidas por aqueles com conhecimentos comuns na técnica não foram descritos em detalhe de modo a não obscurecer a invenção. Os leitores devem observar que embora exemplos da invenção sejam expostos aqui, as reivindicações, e o escopo completo de quaisquer equivalentes, são os que definem os limites da invenção.

[0020] Como usado nesse relatório descritivo e nas reivindicações apensas, as formas singulares “um”, “uma” e “o, a” incluem referentes no plural a menos que o contexto claramente determine de outro modo. Desse modo, por exemplo, referência a um dedo inclui um ou mais prateleiras.

[0021] “Acoplado” se refere a uma conexão direta ou uma conexão indireta (por exemplo, pelo menos uma conexão intermediária) entre um ou mais objetos ou componentes. A frase “diretamente ligado” significa uma conexão direta entre objetos ou componentes.

[0022] “A jusante” se refere à direção longitudinal substancialmente com o fluxo principal de fluido elevado quando o conjunto de bomba está em operação. Como exemplo porém não limitação, em um motor submersível elétrico de fundo de poço vertical, a direção à jusante pode ser em direção à superfície do poço.

[0023] “A montante” se refere à direção longitudinal substancialmente oposta ao fluxo principal de fluido elevado quando o conjunto de bomba está em operação. Como exemplo porém não limitação, em um motor submersível elétrico de fundo de poço vertical, a direção à montante pode ser oposta à superfície do poço.

[0024] Como usado aqui, o termo “externo”, “exterior” ou “para fora” significa a direção radial no sentido oposto à fase de cabo de energia de bomba submersível elétrica (ESP) e/ou a abertura de um componente através do qual a fase estenderia. Na técnica, “diâmetro externo” e “circunferência externa” são às vezes usados de modo equivalente. Como usado aqui, o diâmetro externo é usado para descrever o que poderia ser de outro modo chamado a circunferência externa de um componente de cabeça terminal como um dedo.

[0025] Como usado aqui, o termo “interno”, “interior” ou “para dentro” significa a direção radial no sentido do centro da fase de cabo de energia de ESP e/ou a abertura de um componente através do qual a fase estenderia. Na técnica, “diâmetro interno” e “circunferência interna” são às vezes usados de modo equivalente. Como usado aqui, o diâmetro interno é usado para descrever o que poderia de outro modo ser chamada a circunferência interna de um componente de bomba como um soquete de bloco isolante.

[0026] Como usados aqui os termos “axial”, “axialmente,” “longitudinal” e “longitudinalmente” se referem de modo intercambiável à direção se estendendo ao longo do comprimento de um cabo de energia ESP.

[0027] Como usado nesse relatório descrito e nas reivindicações apensas, com relação a um conjunto ESP de fundo de poço, o “topo” de um componente significa o lado mais a jusante do componente, sem considerar se o elemento é orientado horizontalmente ou verticalmente. O “fundo” de um componente significa o lado mais à montante do componente, sem considerar se o elemento é orientado horizontalmente ou verticalmente.

[0028] Como usado nesse relatório descritivo e nas reivindicações apensas, “bloco isolado” e “bloco isolante” se referem de modo intercambiável a um bloco ou placa dentro de um alojamento de cabeça terminal, como placa de compressão ou assento de vedação, que circunda e/ou retém as conexões elétricas dentro da cabeça terminal. Como usado aqui, “bloco isolador” ou “bloco isolante” não é limitado a blocos feitos de material isolante como borracha ou poliéter éter cetona (PEEK). Modalidades ilustrativas também incluem um bloco isolador ou bloco isolante feito de aço resistente à corrosão ou outro material similar sem propriedades isolantes.

[0029] Para facilidade de descrição, as modalidades ilustrativas descritas aqui são descritas em termos de um conjunto de ESP, fazendo uso de um motor trifásico e cabo de energia trifásico. Entretanto, a cabeça terminal de modalidades ilustrativas não é desse modo limitado e pode ser aplicado a qualquer motor, com qualquer número de fases, exposto a fluido e tendo uma conexão elétrica de encaixe, emenda ou fita de motor. Por exemplo, a barreira de modalidades ilustrativas pode ser aplicada a motores submersíveis em bombas de fluxo axial, bombas de fluxo radial, bombas de fluxo misturado, bombas de superfície horizontal e/ou bombas do tipo regenerativo de turbina.

[0030] Modalidades ilustrativas podem fornecer um conector elétrico flangeado que cria uma barreira para fluido em torno do cabo elétrico isolado de um motor ESP enquanto ainda permite expansão térmica do cabo de energia e componentes isolantes de cabeça terminal. Uma vedação de dedo trifásica elastomérica pode ser empregada para criar força radial a partir de uma carga axial. Força compressiva pode ser gerada por comprimir a vedação de dedo entre uma placa de compressão e um assento de vedação, que pode distribuir a força de compressão radialmente em torno do cabo elétrico, similar a uma conexão de compressão. A vedação de dedo pode incluir uma abertura para cada fase, e têm prateleiras que são comprimidos radialmente sobre o isolamento de cada fase de cabo individual. Para que a vedação de dedo crie uma barreira para fluido em várias pressões e temperaturas, a vedação de dedo pode encaixar ajustadamente sobre o isolamento de cabo, apesar da variação em diâmetro de cabo que tipicamente ocorre devido a discrepâncias em tamanho de cabo durante fabricação.

[0031] Modalidades ilustrativas podem acomodar variações de diâmetro nos cabos de energia e expansão térmica dos componentes de cabeça terminal por colocação estratégica de um espaço e anel de vedação fornecendo uma vedação secundária. O espaço pode ser deixado entre o flange da vedação de dedo e uma nervura que se projeta a partir do diâmetro externo das aberturas de vedação de dedo. O anel de vedação pode ser um material elástico similar à vedação de dedo, embora a dureza possa ser ajustada para maximizar a eficácia de vedação. Um anel de vedação pode ser colocado em torno do diâmetro externo de cada dedo, tangente ao flange. Os anéis de vedação podem contatar um afunilamento no assento de vedação e fechar o espaço quando a placa de compressão e assento de vedação são aparafusados juntos. Dependendo do diâmetro do cabo, o diâmetro e/ou espessura do anel de vedação pode ser variado para maximizar a eficácia de vedação. O anel de vedação pode comprimir os dedos estendendo em torno do isolamento de cabo para criar uma vedação entre o isolamento de cabo e a vedação de dedo em baixa pressão sem a necessidade de uma força axial substancial. A vedação de dedo pode uniformemente distribuir a carga do anel de vedação para o isolamento de cabo, evitando uma “carga pontual”, que pode de outro modo cisalhar o isolamento de cabo. Modalidades ilustrativas podem permitir que uma parte customizada única, a vedação de dedo moldada, que pode ser modificada para adaptar em uma variedade de tamanhos de cabo fácil e de modo barato em virtude das características de modalidades ilustrativas incluindo o espaço e anel de vedação modificável, enquanto mantém uma vedação superior e/ou resistência a fluido apesar de temperaturas operacionais tão altas quanto 450°F - 475°F onde os componentes de cabeça terminal podem ser sujeitos à expansão térmica.

[0032] A figura 5 ilustra um conjunto de ESP tendo uma vedação de cabo de cabeça terminal de uma modalidade ilustrativa. O conjunto ESP 500 pode ser localizado à jusante em uma superfície abaixo do poço 505. O poço pode, por exemplo, ser várias centenas ou algum milhares de pés de profundidade. O conjunto de ESP 500 pode ser vertical, horizontal ou pode ser curvo, flexionado e/ou inclinado, dependendo da direção de poço. O poço pode ser um poço de óleo, poço de água, e/ou poço contendo outros hidrocarbonetos, como gás natural e/ou outro fluido de produção a partir de formação subterrânea 510. O conjunto de ESP 500 pode ser separado da formação subterrânea 510 por revestimento de poço 515. O fluido de produção pode entrar no revestimento de poço 515 através de perfurações de revestimento (não mostradas). Perfurações de revestimento podem estar acima ou abaixo de admissão de ESP 550.

[0033] O conjunto ESP pode incluir, a partir de baixo para cima, sensores de fundo de poço 530 que podem detectar e fornecer informações como velocidade de motor, temperatura interna do motor, pressão de descarga de bomba, taxa de fluxo de fundo de poço e/ou outras condições operacionais para uma interface de usuário, controlador de acionamento de velocidade variável e/ou computador de coleta de dados na superfície 505. O motor ESP 535 pode ser um motor de indução, como um motor de indução de gaiola de esquilo trifásico de dois polos. O cabo de energia 540 pode fornecer energia ao motor ESP 535 e/ou carregar dados a partir dos sensores de fundo de poço 530 para a superfície 505. O gabinete de ESP 520 na superfície 505 pode conter uma fonte de energia 525 com a qual o cabo de energia 540 se conecta. À jusante do motor 535 podem estar o protetor de motor 545, entrada de ESP 550, bomba ESP centrífuga de múltiplos estágios 555 e tubulação de produção 595. O protetor de motor 545 pode servir para igualar a pressão e manter o óleo separado do fluido de poço. A entrada de ESP 550 pode incluir orifícios de entrada e/ou uma tela com fendas e pode servir como a entrada para a bomba ESP centrífuga 555. A bomba ESP 555 pode ser uma bomba centrífuga de múltiplos estágios incluindo impulsor empilhado e estágios de difusor. Outros componentes de conjuntos de ESP também podem ser incluídos em conjunto de ESP 500, como uma bomba de carga tandem (não mostrada) ou separador de gás (não mostrado) localizado entre a bomba ESP centrífuga 555 e entrada 550 e/ou um separador de gás pode servir como a entrada de bomba. Eixos do motor 535, protetor de motor 545, entrada de ESP 550 e bomba ESP 555 podem ser conectados juntos (isto é, estriados) e ser giradas pelo motor 535. A tubulação de produção 595 pode transportar fluido elevado da descarga da bomba ESP 555 em direção à cabeça do poço 565.

[0034] O cabo de energia 540 pode estender da fonte de energia 525 na superfície 505 até a extensão de fio de motor (MLE) 575. A conexão de cabo 585 pode conectar o cabo de energia 540 ao MLE 575. O MLE 575 pode encaixar, colocar fita, estriar ou de outro modo conectar eletricamente o cabo de energia 540 ao motor 535 para fornecer energia ao motor 535. A cabeça terminal 400 pode encerrar a conexão elétrica entre MLE 575 e cabeça 580 do motor 535.

[0035] Voltando para a figura 1 e para a figura 4, a fase de cabo de energia 100 pode ser um cabo elétrico isolado que inclui condutor 105 circundado pelo isolamento de cabo 110. Cada MLE 575 pode incluir três fases 100 para um motor de indução de gaiola de esquilo trifásico 535. O condutor 105 pode ser de cobre, alumínio ou outro material similarmente condutivo similar empregado em cabos de energia. O isolamento de cabo 110 pode, por exemplo, ser monômero de etileno propileno dieno (EPDM), borracha, polipropileno, polietileno, ou elastômero polimérico de alta temperatura. Em um motor trifásico, como um motor de indução ESP, três fases 100 podem ser incluídas na cabeça terminal 400 de modalidades ilustrativas. O isolamento de cabo 110 pode ser circundado por revestimento de fio extrudado 405 (mostrado na figura 4) para proteger o isolamento de cabo 110 à medida que estende pelo comprimento do conjunto ESP 500 no fundo do poço. O revestimento de fio 405 pode terminar dentro da cabeça terminal 400 antes da extensão de fase 100 através de vedação de dedo 115. Fases 100 de MLE 575 podem ser retidas juntas e circundadas por blindagem 410 (mostrado na figura 4), cuja blindagem 410 pode terminar dentro da cabeça terminal 400, próximo à entrada de MLE 575 para dentro da cabeça terminal 400, para permitir que fases 100 separem para conexão ao motor 535. O condutor 105 da fase 100 com o isolamento de cabo 110 pode estender através da tampa de cabeça terminal 305, através da luva 415 de assento de vedação 140, através de dedos 120 da vedação de dedo 115, através de placa de compressão 135, e então conectar com o conector elétrico 420. Pinos condutores 425 podem estender para fora do conector elétrico 420 e transferir corrente para o motor 535 através de receptáculos elétricos correspondentes na cabeça 580 do motor 535.

[0036] Com referência à figura 1, a vedação de dedo 115 pode circundar o isolamento de cabo 110 de cada fase 100 dentro da cabeça terminal 400 abaixo da terminação de blindagem 410 e revestimento 405, e acima da conexão do conector elétrico 420 para pinos condutores 425 (mostrados na figura 4). Em torno de cada fase 100, a vedação de dedo 115 pode incluir dedo 120 que pode ser uma porção tubular axialmente estendida da vedação de dedo 115 circundando a fase 100. O flange radialmente estendido 125 pode formar uma base da qual dedos 120 se estendem axialmente. Em algumas modalidades, o flange 125 pode ser posicionado no fundo da vedação de dedo 115. A vedação de dedo 115 pode ser um material elastomérico, como EPDM, borracha ou outro elastômero de alta temperatura similar. Cada dedo 120 da vedação de prateira 115 pode ser de formato tubular, com uma abertura 210 (mostrada na figura 2) estendendo através do comprimento do dedo 120. A fase 100 pode estender através da abertura 210, e do dedo 120 e pode encaixar ajustadamente em torno do isolamento de cabo 110 de cada fase 100. O dedo 120 pode incluir uma ou mais nervuras salientes circunferenciais 130 em torno do diâmetro externo do dedo 120. Na figura 1, duas nervuras circunferenciais 130 são mostradas separadas e estendendo em torno do dedo 120 da vedação de dedo 115.

[0037] Dentro da cabeça terminal 400, a vedação de dedo 115 pode ser comprimida entre e/ou por dois blocos isolantes: placa de compressão inferior 135 e assento de vedação superior 140. A placa de compressão 135 e assento de vedação 140 podem ser compostos de material termoplástico de alta temperatura como borracha ou PEEK, ou outro material isolante similar, ou podem ser de aço resistente à corrosão e/ou outro material resistente à corrosão como cromo, molibdênio, níquel e/ou liga de níquel-cobre. A placa de compressão 135 pode estar situada abaixo da vedação de dedo 115 e pressionada para cima contra a parte inferior do flange 125 e/ou pressionada contra um lado do flange 125. O assento de vedação 140 pode ser posicionado no lado oposto do flange 125 como a placa de compressão 135, e pode incluir soquetes 220 para receber dedos 120 da vedação de dedo 115. O assento de vedação 140 pode incluir um soquete 220 para cada fase 100 e/ou dedo 120. Soquetes 220 podem circundar a vedação de dedo 115 e incluem alargamento 145 no diâmetro interno (ID) 150 do soquete 220 e/ou a parede formando o soquete 220. Soquetes 220 podem ser dispostos linearmente para formar um assento de vedação oval e/ou de formato oblongo 140, ou podem ser dispostos em um modo triangular para formar um assento de vedação mais redondo e/ou arredondado 140. Na figura 2, três soquetes 220 são dispostos triangularmente em torno do assento de vedação 140. Aberturas 210 da vedação de dedo 115 e furos 230 da placa de compressão 135 podem ser dispostas similarmente aos soquetes 220 do assento de vedação 140, de modo que as respectivas aberturas alinhem quando fases 100 estendem através das aberturas, como mostrado na figura 2.

[0038] O diâmetro interno 150 do soquete 220 pode alargar para fora e/ou alargar à medida que estende para baixo (ou afunilar para dentro e/ou estreitar quando estende para cima), para formar alargamento 145 mostrado na figura 1. O diâmetro de alargamento 145 pode aumentar o movimento para baixo e/ou em direção ao flange 125. O diâmetro interno 150 do soquete 220 pode contatar nervuras 130, porém pode de outro modo não tocar o dedo 120 da vedação de dedo 115 pelo menos em baixas temperaturas e/ou em instalação inicial. O diâmetro externo dos dedos 120 pode aumentar quando os dedos 120 estendem em direção ao flange 125 e/ou para baixo, de modo que nervuras 130 permaneçam em contato com o diâmetro interno 150 do soquete, apesar do alargamento 145. Em algumas modalidades, o diâmetro externo de cada dedo 120 pode aumentar a partir do topo do dedo 120 em direção e/ou até a nervura mais baixa 130, e então o diâmetro externo do dedo 120 pode permanecer constante entre a nervura mais baixa 130 e flange 125. O espaço 155 pode então ser formado entre o diâmetro externo do dedo 120 e diâmetro interno 150 do soquete 220. O espaço 155 pode se tornar maior quando o alargamento 145 aumenta para fora à medida que estende em direção ao flange 125. Em algumas modalidades, o espaço 155 pode ser aproximadamente 0,020 polegada diametralmente próximo do flange 125. Onde múltiplas nervuras 130 são incluídas no dedo 120, múltiplos espaços 155 podem ser formados entre as nervuras 130 e entre o dedo 120 e parede de soquete 220 e/ou assento de vedação 140. A folga 160 pode estar situada entre o topo do flange 125 e o fundo do assento de vedação 140.

[0039] O anel de vedação 165, que pode ser uma vedação secundária além da vedação de dedo 115, pode ser colocado em torno de cada porção axialmente estendida 120 da vedação de dedo 115. O anel de vedação 165 pode ser um anel-o, um elastômero de alta temperatura como EPDM, um fluoroborracha resistente a calor como Aflas (uma marca registrada de Asahi Glass Co., Ltd.) e/ou outro elastômero de alta temperatura similar. O anel de vedação 165 pode ser colocado em torno de cada dedo 120, tangente ao flange 125 e/ou no canto (interseção) do dedo 120 e flange 125. O anel de vedação 165 pode ser colocado de modo que o espaço 155 e/ou espaço mais baixo 155 é fechado e/ou anel de vedação 165 pode atuar como uma barreira para fechar o espaço 155 a partir de fluido que pode circundar o motor ESP e/ou fase de cabo de energia 100. O anel de vedação 165 pode ser selecionado de vários tamanhos tanto diametralmente como em espessura e pode ser feito de um material flexível/elástico similar à vedação de dedo 115. Um material para o anel de vedação 165 pode ser selecionado com uma dureza para maximizar eficácia de vedação. Em algumas modalidades, o anel de vedação 165 pode ter 1,0 mm, 1,2 mm ou 1,4 mm de diâmetro. O anel de vedação 165 pode comprimir dedos 120 estendendo em torno do isolamento de cabo 110. Esse efeito de compressão pode criar uma vedação entre o isolamento de cabo 110 e vedação de dedo 115 em baixa pressão sem a necessidade de uma força axial substancial. O diâmetro interno inferior do assento de vedação 140 pode formar chanfro para fora 170, cujo chanfro 170 pode acomodar e/ou fixar o anel de vedação 165 no lugar tangente ao flange 125.

[0040] Voltando para a figura 2, parafusos 200 podem ser usados para pressionar a placa de compressão 135 para dentro do assento de vedação 140. Força axial pode ser gerada por apertar os parafusos de compressão 200 contra a placa de compressão 135. O anel de vedação 165 pode contatar alargamento 145 e/ou diâmetro interno 150, convertendo a força axial em força radial. Por modificar as dimensões do anel de vedação 165, a quantidade de força gerada pode ser ajustada e/ou uma vedação de dedo de tamanho único 115 pode ser adaptável a diâmetros de fase de múltiplos cabos 100. A vedação de dedo 115 pode distribuir uniformemente a carga do anel de vedação 165 para o isolamento de cabo 110, que pode evitar carga pontual e/ou cisalhamento de isolamento de cabo 110.

[0041] A figura 2 ilustra uma vista detalhada de um conjunto de vedação de dedo exemplificador de modalidades ilustrativas tendo três fases 100. Como mostrado na figura 2, cada dedo 120 da vedação de dedo 115 pode definir uma abertura 210 que recebe uma fase 100, cujas fases 100 podem incluir pinos condutores terminais 425. A vedação de dedo 115, placa de compressão 135 e assento de vedação 140 podem incluir aberturas 215 através das quais parafusos de compressão 200 podem estender. O assento de vedação 140 pode incluir anel-O 205 em torno de seu diâmetro externo (OD). Em um conjunto de vedação de dedo de modalidades ilustrativas, o assento de vedação 140 pode primeiramente deslizar em torno de fases 100, seguido por anéis de vedação 165. A vedação de dedo 115 pode ser então instalada, e anéis de vedação 165 podem ser rolados sobre dedos 120. O assento de vedação 140 pode incluir luvas 415 e soquetes 220 através dos quais fases 100 podem estender. Quando a vedação de dedo 115 é instalada, dedos 120 podem comprimir entre soquetes 220 do assento de vedação 140 e fases 100. A placa de compressão 135 e parafusos 200 pode ser então instalada entre o flange 125 da vedação de dedo 115. A placa de compressão 135 pode incluir também furos 230 para permitir que fases estendam através da placa de compressão 135 para conexão elétrica. Em algumas modalidades, como mostrado na figura 1, o canto do diâmetro interno do assento de vedação 140 e/ou diâmetro interno do soquete 220 contatando o anel de vedação 165 pode ser chanfrado para fora para abraçar o anel de vedação 165 e fixar o anel de vedação 165 em posição tangente ao flange 125, como com o chanfro 170.

[0042] As figuras 3A-3D ilustram um método de instalar um conjunto de vedação de dedo de uma modalidade ilustrativa sobre um cabo de energia trifásico. Primeiramente, três fases 100 podem ser preparadas para instalação do conjunto de vedação de dedo 115, e o assento de vedação 140 pode ser instalado por colocar fases 100 através de soquetes 220 e/ou deslizar o assento de vedação 140 em torno das fases 100. O assento de vedação 140 pode incluir soquetes 220, um para cada fase 100, através dos quais as fases 100 podem estender. A seguir, os anéis de vedação 165 podem ser colocados em torno de cada fase 100, abaixo do assento de vedação 140, como mostrado na figura 3A. a vedação de dedo 115 pode incluir aberturas 210, definidas por dedos 120, que recebem fases 100. A vedação de dedo 115 pode incluir uma abertura 210 para cada fase 100.

[0043] A figura 3A ilustra a vedação de dedo 115 instalada nas fases 100 abaixo do assento de vedação 140. Como mostrado na figura 3A, a vedação de dedo 115 pode ser inicialmente colocada abaixo dos anéis de vedação 165. Um anel de vedação 165 pode ser então rolado sobre cada dedo 120. Anéis de vedação 165 podem ser rolados até ficar tangentes ao topo do flange 125 e/ou próximos à parte inferior do dedo 120 e/ou no canto entre o flange 125 e dedo 120, como mostrado na figura 3B. a vedação de dedo 115 com anéis de vedação 165 pode ser então empurrada para o assento de vedação 140, como mostrado na figura 3C. Quando empurrado para dentro do assento de vedação, dedos 120 podem comprimir e/ou deslizar entre soquetes 220 e isolamento de cabo 110 de fase 100. A placa de compressão 135 pode ser então instalada abaixo do flange 125 da vedação de dedo 115 como ilustrado na figura 3D. Parafusos de compressão 200 podem ser instalados através de aberturas 215 e apertados, como mostrado na figura 3D. Finalmente, a base de cabeça terminal 300 e a tampa 305 podem ser instaladas em torno do isolamento, como mostrado na figura 4. A base de cabeça terminal 300 e a tampa 305 podem ser de chumbo, ouro e/ou outro material impermeável a gás, para evitar que gás permeie para dentro das conexões elétricas do motor 535.

[0044] Um aparelho, sistema e método de vedação de caba cabeça terminal foram descrito. Modalidades ilustrativas podem fornecer uma barreira para fluido de poço na conexão elétrica entre um motor submersível elétrico e seu cabo de energia, como as conexões em um conjunto de ESP. Modalidades ilustrativas podem fornecer uma vedação aperfeiçoada a líquido de poço como óleo ou água, enquanto permite expansão térmica que pode ocorrer em poços de alta temperatura, como temperaturas de poço de até 475°F. Modalidades ilustrativas podem fornecer uma barreira ao fluido de poço em poços de alta temperatura, evitar carga pontual e cisalhamento de isolamento de cabo de energia e podem ser prontamente adaptáveis a cabos de energia de diâmetros variáveis através do uso de um conjunto de vedação de dedo de modalidades ilustrativas.

[0045] Modificações adicionais e modalidades alternativas de vários aspectos da invenção podem ser evidentes para aqueles versados na técnica em vista dessa descrição. Por conseguinte, essa descrição deve ser interpretada como ilustrativa somente e é para fins de ensinar aqueles versados na técnica o modo geral de realizar a invenção. Deve ser entendido que as formas da invenção mostradas e descritas aqui devem ser tomadas como as modalidades atualmente preferidas. Elementos e materiais podem ser substituídos por aqueles ilustrados e descritos aqui, partes e processos podem ser invertidos e certas características da invenção podem ser utilizadas independentemente, tudo como seria evidente para uma pessoa versada na técnica após ter o benefício dessa descrição da invenção. Alterações podem ser feitas nos elementos descritos aqui sem se afastar do escopo e gama de equivalentes como descrito nas reivindicações a seguir. Além disso, deve ser entendido que características descritas aqui independentemente podem, em certas modalidades, ser combinadas.

Claims

1. Sistema de cabeça terminal (400) de motor (535) submersível elétrico, caracterizado pelo fato de que compreende: uma cabeça terminal (400) que acopla um cabo de energia (540) a um motor (535) submersível elétrico, o motor (535) submersível elétrico operável em fluido de poço, a cabeça terminal (400) compreendendo: uma vedação de dedo (115) compreendendo um dedo (120) em torno de cada fase (100) do cabo de energia (540) e um flange (125) radial; uma placa de compressão (135) que exerce uma força radial sobre cada fase (100) a partir de uma carga axial fornecida pela placa de compressão (135) contra o flange (125) radial; um assento de vedação (140) compreendendo soquetes (220) que recebem cada dedo (120); um espaço se estendendo entre uma porção de um diâmetro externo de cada dedo (120) e um diâmetro interno alargado do soquete (220) do assento de vedação (140); e um anel de vedação (165) se estendendo circunferencialmente em torno de um diâmetro externo de cada dedo (120) e tangente ao flange (125) radial, o anel de vedação (165) contatando o diâmetro interno alargado do assento de vedação (140) e fechando o espaço para o ingresso de fluido de poço.

2. Sistema de cabeça terminal (400) de motor (535) submersível elétrico de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o espaço acomoda expansão térmica de componentes de cabeça terminal (400) enquanto a cabeça terminal (400) veda uma conexão entre o cabo de energia (540) do motor (535) submersível elétrico e o motor (535) submersível elétrico a partir do fluido de poço.

3. Sistema de cabeça terminal (400) de motor (535) submersível elétrico de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os dedos (120) se estendem axialmente em torno da fase (100), e o anel de vedação (165) comprime o dedo (120) da vedação de dedo (115) criando uma vedação para fluido de poço entre o isolamento do cabo de energia (540) do motor (535) submersível elétrico e a vedação de dedo (115).

4. Sistema de cabeça terminal (400) de motor (535) submersível elétrico de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que cada dedo (120) compreende pelo menos uma nervura (130) em torno do dedo (120) e voltada para o assento de vedação (140), a pelo menos uma nervura (130) espaçada ao longo do dedo (120) e contatando o diâmetro interno alargado.

5. Sistema de cabeça terminal (400) de motor (535) submersível elétrico de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que cada fase (100) compreende um condutor (105) circundado por isolamento, e o cabo de energia (540) do motor (535) submersível elétrico compreende blindagem que retém as fases (100) juntas antes da entrada na cabeça terminal (400).

6. Sistema de cabeça terminal (400) de motor (535) submersível elétrico de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a placa de compressão (135) e o assento de vedação (140) são blocos isolantes, em que o espaço aumenta em diâmetro quando se estende em direção ao flange (125) radial.

7. Sistema de cabeça terminal (400) de motor (535) submersível elétrico, caracterizado pelo fato de que compreende: uma cabeça terminal (400) formando um conector elétrico (420) engatado com um motor (535) submersível elétrico, a cabeça terminal (400) compreendendo uma pluralidade de fases (100) de cabo de energia (540) se estendendo através da cabeça terminal (400); uma vedação de dedo (115) se estendendo em torno da pluralidade de fases (100) de cabo de energia (540) dentro da cabeça terminal (400), a vedação de dedo (115) compreendendo: um dedo (120) se estendendo axialmente e em torno de cada fase (100) de cabo de energia (540) se estendendo através do dedo (120), uma nervura (130) saliente se estendendo em torno de cada dedo (120), e um flange (125) radialmente estendido se estendendo em torno de uma parte inferior dos dedos (120), a vedação de dedo (115) comprimida entre: uma placa de compressão (135) abaixo do flange (125) radialmente estendido, e um assento de vedação (140) acima do flange (125) radialmente estendido e compreendendo um soquete (220) que circunda e recebe cada dedo (120); os soquetes (220) do assento de vedação (140) tendo cada um diâmetro interno alargado se estendendo em torno de cada dedo (120), o diâmetro interno alargado contatando as nervuras (130) salientes e formando um espaço entre cada dedo (120) e o diâmetro interno alargado do assento de vedação (140); um anel de vedação (165) fixado em torno de cada dedo (120) abaixo da nervura (130) saliente; e o anel de vedação (165) fechando o espaço entre o dedo (120) e o diâmetro interno alargado do assento de vedação (140).

8. Sistema de cabeça terminal (400) de motor (535) submersível elétrico de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o anel de vedação (165) e a vedação de dedo (115) compreendem um dentre monômero de etileno propileno dieno (EPDM) ou uma fluoroborracha resistente a calor.

9. Sistema de cabeça terminal (400) de motor (535) submersível elétrico de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que há três fases (100) de cabo de energia (540) na pluralidade de fases (100) de cabo de energia (540) e três dedos (120) da vedação de dedo (115), e uma porção axial de cada dedo (120) se estende circunferencialmente em torno de cada fase (100) de cabo de energia (540).

10. Sistema de cabeça terminal (400) de motor (535) submersível elétrico de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que há uma pluralidade de nervuras (130) salientes se estendendo em torno de cada dedo (120).

11. Sistema de cabeça terminal (400) de motor (535) submersível elétrico de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que cada fase (100) de cabo de energia (540) na pluralidade de fases (100) de cabo de energia (540) compreende um condutor (105) de cobre circundado por isolamento de cabo, em que o anel de vedação (165) é assentado em um canto entre o flange (125) radialmente estendido e o dedo (120), e posicionado entre a vedação de dedo (115) e um chanfro (170) do diâmetro interno alargado do assento de vedação (140).

12. Sistema de cabeça terminal (400) de motor (535) submersível elétrico de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o motor (535) submersível elétrico é um motor (535) de indução de gaiola de esquilo de dois polos trifásico operando para girar uma bomba (555) submersível elétrica de fundo de poço, em que o motor (535) submersível elétrico opera em temperaturas entre 232,2°C e 246,1°C (450°F e 475°F).

13. Sistema de cabeça terminal (400) de motor (535) submersível elétrico de acordo com a reivindicação 7, caracterizada pelo fato de que o anel de vedação (165) é tangente ao flange (125) radialmente estendido.

14. Cabeça terminal (400) para conectar eletricamente um cabo de energia (540) a um motor (535) submersível elétrico, a cabeça terminal (400) caracterizada pelo fato de que compreende: um bloco isolante compreendendo uma pluralidade de aberturas; uma vedação de dedo (115) compreendendo um dedo (120) se estendendo através de cada abertura da pluralidade de aberturas, cada abertura compreendendo um diâmetro interno afilado voltado para o dedo (120) se estendendo através da abertura; um flange (125) radial se estendendo em torno da vedação de dedo (115); um anel de vedação (165) elastomérico em torno de cada dedo (120) em um canto entre o flange (125) radial e o dedo (120); cada dedo (120) compreendendo pelo menos uma nervura (130) se estendendo circunferencialmente em torno do dedo (120) e contatando o diâmetro interno afilado; e uma fase (100) do cabo de energia (540) se estendendo através de cada dedo (120).

15. Cabeça terminal (400) de acordo com a reivindicação 14, caracterizada pelo fato de que compreende ainda:um segundo bloco isolante comprimindo o flange (125) radial, em que o bloco isolante compreende ainda uma luva (415) se estendendo axialmente acima do dedo (120) em torno da fase (100) do cabo de energia (540).