BRPI0814538B1

BRPI0814538B1 - Cabo compósito, método de fabricação e uso do mesmo

Info

Publication number: BRPI0814538B1
Application number: BRPI0814538-5A
Authority: BR
Inventors: Olav Inderberg; Christian Bendixen; Eirik Gronvold; Hans-Paul Carlsen
Original assignee: Fmc Kongsberg Subsea As
Priority date: 2007-07-20
Filing date: 2008-07-18
Publication date: 2019-05-21
Also published as: US20100243316A1; AU2008279890B2; DE602008006091D1; EP2176698A2; ATE504852T1; AU2008279890A1; US20130280420A1; EP2312360B1; EP2176698B1; WO2009014453A3; BRPI0814538A8; WO2009014453A2; NO20073832L; BRPI0814538A2; EP2312360A1

Abstract

cabo compósito, método de fabricação e uso do mesmo a presente invenção se refere a métodos de fabricação de cabos compósitos resultantes do processo de fabricação e uso de um cabo compósito em um poço. de acordo com a invenção, existem diversos elementos para aprimorar um cabo compósito (10), dentre os quais um processo de pré-aquecimento de condutores antes de uni-los em uma matriz (9), o alinhamento das fibras na matriz paralelamente umas às outras e os condutores (1, 2, 3 ), e a adição de agentes iniciadores à resina líquida, formando a matriz (9).

Description

Pedido de patente de invenção para “CABO COMPÓSITO,

MÉTODO DE FABRICAÇÃO E USO DO MESMO”

Campo da invenção

A invenção se refere a métodos de fabricação de um cabo compósito, a cabos resultantes do processo de fabricação e ao uso de um cabo compósito.

Fundamentos da invenção

Operações são realizadas em um poço de óleo ou gás para estimular ou tratar o poço, com o que a produção é aumentada, para trocar vários equipamentos, tais como válvulas, capas, etc., para efetuar medições, para monitorar o estado do poço, ou outras tarefas de intervenção que requerem que equipamentos sejam acessados, operados, instalados ou recuperados dentro do poço através de condutos de produção do poço.

A intervenção dentro de um poço para acessar equipamentos no poço, medir desempenho, ou aumentar a taxa ou o volume de produção é feita após uma avaliação do custo/benefício. Mesmo que a intervenção seja considerada vantajosa, os custos da intervenção podem ser muito altos ou o trabalho considerado muito difícil e demorado. Para poços submarinos remotos, o simples ganho de acesso à árvore de Natal para inserir a linha elétrica é um desafio sem os esforços extraordinários de se usar um grande recipiente e instalar um conduto contendo pressão (elevador de finalização/intervenção) para proteger a linha elétrica das forças ambientais do oceano: uma intervenção “pesada”. Os poços de plataformas onshore ou offshore têm acesso fácil à árvore de Natal, utilizando-se da infra-estrutura cirundante (vias de acesso, guindastes, estruturas de plataforma, etc.), permitem que unidades de linhas elétricas menores, rapidamente instaláveis e de baixo custo sejam despachadas para o poço: uma intervenção “leve”.

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Por causa disso, a recuperação de óleo a partir de uma plataforma onshore ou offshore ou de um poço onshore é de até o dobro da recuperação de um poço submarino com condições de reservatório semelhantes. Como mencionado acima, isto se dá por causa do acesso mais fácil, fazendo com que um melhor programa para a manutenção do poço e manutenção do reservatório seja possível e lucrativo. Para compensar esse diferencial econômico entre as intervenções em poços submarinos de plataformas onshore, as técnicas de Intervenção em Poços Leves sem Elevação (RLWI - Riserless Light Well Interventiori) foram introduzidas. Essas técnicas utilizam recipientes muito menores e muito menos equipamentos. Como o nome sugere, a RLWI dispensa o elevador de finalização/intervenção, ao instalar o cilindro e a unidade da linha elétrica a partir da superfície e permite que a linha elétrica atravesse o “mar aberto” descendo até o poço submarino, ou ao instalar a unidade de cilindro de linha elétrica no topo ou adjacente ao poço submarino. Contudo, essas técnicas podem ser limitadas ao acesso somente aos poços localizados em águas relativamente rasas, dependendo da resistência do material da linha elétrica.

Recentemente, alguns poços submarinos juntamente com alguns poços onshore ou de plataformas estão sendo construídos tão profundamente ou construídos com vias de acesso não usuais para acessar reservatórios de petróleo (alguns poços perfurados em ângulos quase horizontais, ângulos laterais, curvos, ou combinações destes), o que toma o acesso tradicional das linhas elétricas fisicamente difícil. Normalmente, o peso da ferramenta de intervenção suspenso pela linha elétrica é suficiente para abaixar a ferramenta até o seu local desejado dentro do poço, desenrolando-se a linha elétrica de seu carretei de suporte e fomecendo-a para dentro do poço. À proporção que o comprimento do poço aumenta ou a trajetória do poço se desloca de vertical para horizontal, o peso da ferramenta pode não ser suficiente para instalar a ferramenta da linha

3/18 elétrica apropriadamente. Mesmo com o uso de um “trator” para impulsionar eletro-mecanicamente a ferramenta mais para dentro do poço, existem limitações em seu alcance devido às forças de atrito que atuam sobre o cabo e desse modo aumentam a carga necessária para impulsionar a ferramenta (e o trator) para fora do poço, sem mencionar o desgaste da resistência axial da linha elétrica para manter a integridade estrutural para abaixar ou recuperar a ferramenta da linha elétrica.

A intervenção em um poço pode ser difícil, na medida em que barreiras existentes devem ser removidas antes de se entrar no poço. Existem regras rigorosas com relação a quais medidas devem ser tomadas para prevenir uma explosão durante esses trabalhos. Assim, quando uma intervenção em poço deve ser realizada, uma barreira de pressão provisória, tal como um bloqueador de explosão deve ser fornecido juntamente com uma cabeça de controle de pressão (CCP) que permite que a linha elétrica entre ou saia do poço enquanto o poço está em um estado pressurizado. A linha elétrica que entra no poço é freqüentemente fornecida em uma dentre duas configurações: linha lisa e cabo de linha trançada. Mas elas possuem limitações de uso. A linha lisa tem um diâmetro externo suave que é relativamente pequeno, mais leve e mais simples de ser vedada ao seu redor para um controle de pressão (tradicionalmente chamada caixa de enchimento). Contudo, ela tem uma resistência à tração limitada e não pode conduzir corrente elétrica a não ser que seja coberta com uma capa isolante. Um cabo trançado é mais resistente e pode conduzir energia elétrica e sinais através de seu núcleo interno, mas isso tem um preço porque ele possui um exterior áspero trançado que requer um projeto de CCP diferente que incorpore uma unidade de injeção de graxa para preencher as cavidades na geometria exterior do cabo para criar um furo liso temporário com que as vedações da CCP possam vedar por pressão. A unidade de injeção de graxa se toma problemática em aplicações de RLWI na medida em que se

4/18 toma cada vez mais difícil bombear graxa remotamente para a CCP, e a graxa pode aprisionar hidrocarbonetos do poço enquanto o cabo sai do poço, o que pode levar a pequenas liberações de hidrocarbonetos para o meio-ambiente ou, o que é pior, formar hidratos com a água marinha circundante. O exterior trançado também cria um exterior mais áspero, que pode aumentar a força de atrito relativa entre o cabo e a parede lateral do conduto do poço, o que o toma inadequado para alguns poços horizontais e de grande alcance.

Tanto os cabos trançados como as linhas lisas têm resistências relativamente limitadas e uma razão de peso para resistência moderadamente alta, uma vez que ligas metálicas, tais como aços de alta qualidade e aços inoxidáveis, são tradicionalmente utilizadas. Esses materiais vêm se tomando menos eficientes para oferecer a resistência necessária para poços mais fundos e distâncias laterais mais longas. Além disso, o peso do material é mais pesado do que a densidade da água marinha circundante ou dos fluidos da perfuração, aumentando os requisitos de carga sobre a própria linha elétrica à medida que mais linha elétrica é gasta para dentro do poço.

Para mitigar os problemas experimentados com as configurações de linhas elétricas mencionadas acima, é proposto que se utilize ao invés uma linha elétrica feita de um cabo compósito preenchido com fibra de carbono. Um cabo compósito possui uma alta razão de resistência para tamanho e de resistência para peso, e pode ser feito axialmente rígido ou como uma viga para permitir que ele seja empurrado ou puxado para dentro de poços altamente desviados. Sua construção pode ser feita com uma superfície externa impermeável bem lisa para reduzir as forças de atrito no poço e simplificar o projeto de vedação da CCP (como a linha lisa). Uma outra vantagem é que ele pode ser construído para incluir condutores elétricos e/ou ópticos em sua matriz de seção transversal para

5/18 transmissão de energia e sinais para dentro do poço. Isso aumenta mais o alcance operacional do cabo compósito ao permitir energia para a assistência do trator. A construção do cabo compósito tem substancialmente mais resistência axial do que os seus análogos de aço por quase uma ordem de magnitude. A resistência à tração de um cabo com fibras de carbono em uma matriz de éster vinílico pode ser de em tomo de 130.000 MPa. Ao se acabar a superfície do cabo com um composto de baixo atrito e um acabamento de superfície lisa, pode-se reduzir ainda mais o atrito e tomá-lo menos suscetível à agressão química por fluidos da perfuração do poço.

Estado da técnica

Existe um número de publicações que sugerem várias espécies de cabos que podem ser utilizados para intervenções em cabos. A patente US 6,600,108 descreve um cabo que consiste em um número de condutores elétricos agrupados juntos dentro de uma capa; o vão entre os condutores são preenchidos com um enchimento, por exemplo, um elastômero. Para aumentar a resistência do cabo, ele tem um enrolamento de armadura de aço enrolado em tomo da capa.

Um outro exemplo é divulgado no pedido de patente US 2006/0045442. Nele é mostrado um feixe condutor com uma fibra óptica centralmente posicionada sobre o eixo central do feixe condutor e uma pluralidade de condutores metálicos helicoidalmente posicionados em tomo da fibra óptica. Esse feixe condutor pode ser utilizado como um dos feixes condutores descritos acima.

Nenhum dos dispositivos acima pode ser descrito corretamente como um cabo porque eles são projetados para serem envolvidos por uma armadura de aço enrolada helicoidalmente em tomo da capa, de construção

6/18 semelhante ao exterior de um cabo trançado. Eles portanto possuem todos as mesmas desvantagens do cabo trançado como explicadas acima.

WO 2006/054092 descreve um cabo de linha lisa para intervenção em poços que consiste em um condutor elétrico coberto por um material isolante. Esse condutor isolado é envolvido por uma poliéteretercetona (PEEK) com fibras de carbono que são entrelaçadas em tomo de um condutor central. Durante a fabricação desse cabo, o condutor e as tranças são unidos e aquecidos de modo que as fundições da matriz e o cabo sejam formados por um processo de pultrusão.

Nenhuma dessas publicações menciona um diâmetro diminuído de forma aceitável para que seja idealmente adequado para a intervenção de poços com linhas elétricas, nem aborda os problemas associados à fabricação de um cabo compósito identificados nesta divulgação. Um desses problemas é a presença de rachaduras (especialmente micro-rachaduras) que permitem que hidrocarbonetos entrem na matriz. À medida que o cabo é retirado do poço, o gás de hidrocarbonetos que entrou nas rachaduras se expande. Isso reduz a vida do cabo. Um outro problema é a diferença no módulo de elasticidade do cobre e das fibras. Isso tem por vezes resultado em que os condutores de cobre são esticados até o ponto até o ponto de não mais conduzirem.

Descrição resumida e objetivos da invenção

Um objetivo da invenção é fabricar um cabo que seja especialmente bom para o uso em intervenções em poços.

Um outro objetivo é oferecer um método para fabricar um cabo que tenha uma alta resistência e ao mesmo tempo suporte altas temperaturas e diferenças de pressão. Há também a meta de oferecer tal cabo com uma superfície externa lisa.

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Esses objetivos são alcançados com métodos, cabos e usos como definidos nas reivindicações independentes anexas, com modalidades preferidas dadas nas reivindicações dependentes.

De acordo com mais um aspecto, a invenção se refere a um cabo para ser utilizado juntamente com o presente dispositivo e/ou método, que compreende um material plástico reforçado com fibra de carbono ou de vidro, sendo que o cabo atinge o grau de rigidez desejado, e um revestimento de um material que tenha um baixo coeficiente de atrito.

Breve descrição dos desenhos

A invenção será agora descrita com referência aos desenhos anexos, nos quais:

A Fig. 1 mostra um cabo de acordo com a invenção;

A Fig. 2 mostra um detalhe de um cabo de acordo com uma modalidade alternativa;

A Fig. 3 é um diagrama que mostra a linha de produção do cabo;

A Fig. 4 é um esboço do ambiente térmico de produção;

A Fig. 5 é um diagrama da distribuição de calor durante a fabricação; e

A Fig. 6 é um esboço elevado que mostra o estágio de prémoldagem do processo de fabricação.

Descrição das modalidades preferidas

Na Fig. 1 é mostrado um cabo do estado da técnica como revelado na patente US 6,843,321, que pertence à Depositante. O cabo é fabricado a partir de um material compósito reforçado com fibras de carbono ou, altemativamente, fibras de vidro em uma matriz de um material plástico que tenha as propriedades físicas necessárias. O cabo tem

8/18 uma baixa densidade, menor do que 1,5 g/cm , o que o dá um empuxo aproximadamente neutro em óleo (isto é, no poço). Sua condutividade térmica fica na faixa de 0,25 - 0,35 W/mK, e tem um coeficiente de expansão térmica na faixa de 0,00013 por graus Celsius. A resistência à ruptura do cabo é de aproximadamente 85 KN, isto é, na mesma faixa que a dos cabos de aço com o mesmo diâmetro externo (9 mm), uma resistência à tração na faixa de 850 - 1.600 MPa, e um módulo de elasticidade na faixa de 40.000 (fibra de vidro) - 135.000 (fibra de carbono) MPa.

Como mostrado na Fig. 1, o cabo 10 compreende uma matriz 9 e um número de condutores elétricos 1, 2, 3, encapsulado em um isolante 4, 5, 6. Neste exemplo, o isolante é um termoplástico duro como a PEEK.

A Fig. 2 mostra uma vista detalhada dos condutores de acordo com uma modalidade alternativa da invenção. Nesse caso, os condutores 1, 2, 3 estão inteiramente encapsulados no isolante 12 como uma unidade. Um cabo de fibra óptica 14 fica localizado no centro axial do cabo.

A presente invenção oferece um cabo que compreende os mesmos elementos, com ao menos um condutor elétrico 1, 2, 3 encapsulado em um ou em vários isolantes separados 4, 5, 6, 12 dispostos dentro de uma matriz 9. Ao menos uma fibra óptica pode estar possivelmente disposta dentro do cabo. Além da configuração de cada condutor 1, 2, 3 disposto em isolantes separados 4, 5, 6, e da configuração de três condutores dentro de um isolante comum 12, pode haver uma disposição em que um condutor elétrico é disposto em um isolante separado e possivelmente dois outros condutores elétricos dispostos em um isolante comum, porém separado do primeiro. A matriz 9 compreende uma matriz polimérica com fibras de reforço inseridas na matriz.

A Fig. 3 mostra um diagrama simplificado da linha de produção para a fabricação do cabo 10.

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No diagrama mostrado, os condutores de cobre são acabados separadamente, sendo cada um encapsulado em um isolante e enrolado sobre cilindros 21, 22, 23. O número de cilindros depende do número de condutores empregado, e também da forma como os condutores são isolados. Além disso, pode haver um cilindro separado (não mostrado) para um cabo de fibra óptica. A partir dos cilindros, os condutores passam através de um aquecedor 26 e então através de um acabador 28.

As fibras de carbono dispostas para serem inseridas na matriz e formarem reforços da matriz polimérica 9, são individualmente enroladas em um número de bobinas 29 em um compartimento de fibras 30. Essas fibras de reforço podem ser de carbono ou de vidro ou de outro material de fibras adequado. As fibras são então combinadas com um polímero que compõe a matriz 9 do compósito acabado. Em uma modalidade da invenção, o polímero é um polímero termoestável tal como um éster vinílico na forma de uma resina líquida que é derramada dentro de um banho de resina 32. À medida que as fibras passam através do banho de resina 32, elas são umedecidas/cobertas com a resina líquida. Ao saírem do banho de resina, as fibras de carbono são posicionadas dentro da seção transversal do cabo acabado em uma seção de pré-moldagem 33. Esta seção compreende uma linha de ferramentas que tiram o excesso de resina à medida que o produto é movimentado para frente e moldam suavemente a haste antes de entrar no bocal do molde principal 34. Os pré-moldadores também asseguram que os condutores fiquem localizados em suas posições corretas no cabo, a distribuição correta de fibras, e asseguram que uma seção transversal homogênea seja obtida. Depois, o cabo passa através da estação de pós-reticulação 36. Opcionalmente, o cabo pode passar através de uma estação 37 para ser coberto por uma camada isolante. O cabo é conduzido através da máquina por impulsionadores 38, 39 e pode ser fornecido um medidor 40 para medir o comprimento do cabo antes deste

10/18 ser enrolado por sobre o cilindro final 44. Opcionalmente, uma verificação de qualidade por ultra-som 40 pode ser incluída na montagem. Há também meios (não mostrados) de se fornecer uma tensão constante nos condutores.

A quantidade de fibras no cabo acabado deve ser preferivelmente acima de 60% e mais preferivelmente de 67 - 71%. Isso é importante tanto para o processo durante a fabricação do cabo, como também dará ao cabo acabado uma resistência à tração mais elevada. As fibras utilizadas são também em um comprimento integral para o comprimento do cabo.

O congelamento da resina é iniciado quimicamente pelo calor do molde principal 34, e é formado um cabo rígido e reticulado que corresponde à cavidade do molde. A velocidade de impulsão, temperatura do molde, temperatura circundante e umidade circundante são registradas e gravadas regularmente, possivelmente a cada quatro segundos por um sistema para registro e armazenamento de dados.

Para formar a matriz 9, é utilizada uma matriz polimérica com fibras inseridas. A matriz polimérica pode ser formada por um polímero termoestável que pode ser adicionado através de um banho de resina como explicado. É também possível conceber um polímero termoestável adicionado através de faixas de material adicionadas de maneira semelhante à das fibras. Um polímero termoestável é um polímero que se toma mais duro após um processo de reticulação, durante o qual energia é adicionada ao polímero. Durante esse processo de reticulação, são formadas ligações cruzadas no material. Altemativamente, a matriz pode ser formada por resina termoplástica.

No caso de uma matriz polimérica adicionada às fibras em um banho, agentes químicos são adicionados à resina líquida para aprimorar as propriedades do cabo acabado. A quantidade e quais os agentes utilizados

11/18 dependem de diversos fatores: o tamanho (diâmetro nominal) do cabo, a espécie de matriz de resina/polímero utilizada e o processo de reticulação desejado, que serão descritos com mais detalhes abaixo.

Existem diversos problemas associados à fabricação de um cabo que deve ser utilizado em um ambiente de poço com hidrocarbonetos. O primeiro são as ligações entre o isolante e os condutores de cobre, e entre o isolante e a matriz. E importante assegurar que o cabo compósito possa suportar o peso do cobre durante as operações de intervenção no poço. O cabo será submetido a altas cargas de tração devidas às seções verticais longas. Se as ligações não forem obtidas, os condutores de cobre poderão se romper devido a cargas de tração e/ou gravitacionais.

De acordo com a invenção, isto é amenizado possivelmente através de diferentes etapas. Primeiramente, o condutor (que chega quando acabado encapsulado em um isolante) pode ser aquecido até em tomo de 150°C. Isso é feito no pré-aquecedor 26. Isso causa o efeito de “assar” o isolante termoplástico para criar uma melhor ligação entre o isolante e o cobre e para remover a água absorvida no material isolante, por exemplo a PEEK, em tomo dos condutores, possivelmente condutores de cobre. Qualquer água no isolante plástico pode levar à formação de bolhas de vapor durante o processo de reticulação posterior do cabo. Tais bolhas irão reduzir a resistência e as ligações dentro do cabo. Em segundo, a superfície do condutor pode ser tratada para melhorar as ligações químicas entre as moléculas no plástico e a resina. Existem muitos tipos de tratamento que podem ser utilizados, tal como um tratamento químico, por exemplo, lavagem com um ácido. Contudo, em uma modalidade da invenção, o plástico é submetido a uma descarga elétrica. Esse tratamento é de um tipo produzido pela Vetaphone sob o nome comercial “Corona-Plus”, e é um tratamento geralmente utilizado em filmes plásticos para aprimorar a superfície para a escrita ou impressão. No entanto, que os inventores

12/18 saibam, esse tratamento nunca foi utilizado antes para melhorar as ligações entre um termoplástico duro como a PEEK e uma resina líquida para uso em um cabo compósito.

Um outro problema diz respeito à formação de rachaduras no compósito quando este é reticulado. Durante a reticulação, a matriz se encolhe. Durante o encolhimento, rachaduras podem se formar na matriz do compósito devido aos gradientes de temperatura durante a reticulação. Freqüentemente, essas rachaduras são micro-rachaduras, que podem escapar a um exame visual ordinário. As rachaduras podem enfraquecer o cabo acabado e até fazer com que o cabo se rompa sob uma carga bem menor do que a carga do projeto. Uma razão para isso é que as moléculas de gases de hidrocarbonetos podem migrar para dentro das rachaduras devido à alta pressão no poço. Quando o cabo é retirado do poço, a pressão cai. Isso faz com que quaisquer bolhas de gás tenham seu tamanho expandido. Quaisquer moléculas de gás aprisionadas dentro da matriz do cabo também irão se expandir e tentar sair das rachaduras, mas a taxa de expansão em velocidades de impulsão normais é tal que o gás não pode escapar das rachaduras, e o resultado pode ser muito prejudicial ao cabo. Uma outra razão é que as rachaduras podem causar sérias concentrações de tensão que podem fazer com que as fibras se rompam.

De acordo com a invenção, esse problema pode ser abordado de duas formas. O cabo é aquecido enquanto passa através da estação de reticulação 36 do processo de fabricação. Esse aquecimento é parcialmente controlado pela aplicação de calor ao cabo, e parcialmente pela adição de substâncias químicas à matriz da resina/polímero para causar uma reação exotérmica que aqueça o cabo a partir de dentro e assegure um aquecimento uniforme pela seção transversal do cabo.

Em uma modalidade da invenção, três substâncias químicas diferentes são utilizadas como iniciadores, cada uma das quais sendo

13/18 ativada dentro de uma faixa de temperatura projetada durante a reticulação.

Esta é cuidadosamente controlada pelas formulações químicas e perfis de temperatura. Isso reduz tensões internas ou residuais provenientes do processo de reticulação.

A quantidade e os tipos de aditivos químicos adicionados à matriz polimérica dependem, como dito, de diversos fatores. O tipo de matriz polimérica escolhido irá influenciar a escolha dos aditivos adicionados. Para se atingir o gradiente de temperatura desejado através do cabo durante o processo de reticulação, existem aditivos que fornecem uma reação exotérmica na matriz, sendo que essas reações exotérmicas se iniciam em uma temperatura ou intervalo de temperatura determinado para a matriz ou resina polimérica. Um exemplo de tal aditivo é um agente de reticulação, que pode estar na forma de peróxidos orgânicos, sendo um deles o peroxicarbonato. Esses agentes também podem ser iniciadores de (co)polimerização e desse modo fornecer mais ligações cruzadas na matriz após a reticulação. Quando são adicionados diversos agentes diferentes que causam uma reação exotérmica, os intervalos de temperatura para esses agentes podem se interceptar. Esses agentes também podem ser agentes de vulcanização.

Além desses agentes que causam uma reação exotérmica dentro da matriz e desse modo operam como agentes de reticulação, podem ser adicionados agentes como aceleradores para acelerar o processo, também podem ser adicionados agentes de deslizamento, para melhorar o deslizamento da matriz em relação aos diferentes equipamentos utilizados no processo de fabricação. Também pode ser adicionado um agente para limitar ou prevenir o encolhimento da matriz durante o processo de reticulação. Em alguns casos, também pode ser adicionado estireno adicional dentro da mistura matricial ou pode haver estireno suficiente na matriz polimérica originalmente, para assegurar uma boa reticulação na

14/18 matriz ou resina polimérica. Durante o processo, as fibras (cargas) 50, após escaparem do banho de resina 32, são impulsionadas para dentro dos prémoldes 33. Durante essa fase, a resina está em fase líquida em uma modalidade. A resina então entra em uma fase gelatinosa e eventualmente forma um sólido. Através dessas etapas, o cabo é aquecido de maneira controlada. Isso irá criar ligações cruzadas na resina e resultará em uma ligação mais forte entre as moléculas da resina e entre a resina e as fibras. Parte do aquecimento vem dos moldes à medida que o cabo passa. Contudo, o aquecimento deve ser feito de maneira controlada e isso é assegurado pela adição de calor ao cabo. O calor adicionado em tomo do cabo desencadeia o começo dos iniciadores do processo exotérmico, sendo esses iniciadores agentes adicionados à matriz polimérica. Os vários iniciadores são funcionais em várias temperaturas e o aquecimento controlado assegura que cada componente reaja em um estágio predeterminado no processo. Através desse aquecimento tanto externo como interno do cabo, pode-se atingir um gradiente de temperatura desejado através do cabo durante o processo de reticulação. O gradiente de temperatura é substancialmente uniforme através do cabo durante esse processo. Por “substancialmente uniforme” deve-se entender aqui que a temperatura pode formar um gráfico com um arco raso quando se olha para ele em uma seção transversal do cabo, dando um baixo gradiente de temperatura através do cabo. O transporte de calor para fora do cabo (durante o processo de reticulação) deve ser controlado rigorosamente. Existem reações exotérmicas na matriz durante a fase de reticulação e isso é obtido através do uso combinado de aquecedores e aditivos químicos, como dito acima.

A temperatura aumenta a partir de aproximadamente 140°C durante esta fase, até atingir em tomo de 180°C na seção de diâmetro constante no cabo. Ao deixar esta seção, ao cabo é deixado resffiar-se.

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Contudo, esse resfriamento também precisa ser controlado para impedir gradientes de temperatura através do cabo. A redução de temperatura deve ser feita de modo tal que assegure uma tensão residual mínima no cabo. O gradiente de temperatura através do cabo é nessa fase muito importante, e para controlar essa situação são instalados pós-aquecedores 36b (Fig. 3) para assegurar um processo de resfriamento controlado. Um gradiente de temperatura controlado e pequeno através do cabo durante o resfriamento irá resultar em uma tensão residual reduzida no cabo.

A Fig. 4 mostra a configuração do sistema de aquecimento durante o processo de reticulação, e a Fig. 5 mostra um exemplo de uma curva de reticulação. O cabo passa através do molde principal 34 e então da estação de reticulação 36. Na estação de reticulação 36, o cabo é envolvido por um elemento térmico 54, para aquecer o cabo. Controladores de temperatura 56 ficam localizados para registrar as temperaturas. Em 58 estão localizados dispositivos isolantes de modo que o resfriamento também seja controlado. O que é obtido nesse processo é um aumento controlado de temperatura até um máximo, e então um resfriamento controlado durante a fase final do processo. Essas zonas térmicas garantem uma reticulação contínua e uniforme do perfil. A Fig. 5 mostra um exemplo de uma curva de reticulação. O molde principal aquece o cabo a partir de fora e os agentes exotérmicos asseguram que a temperatura interna siga no mesmo passo. É importante que o gradiente de temperatura através do cabo seja mantido ao mínimo possível. Como pode ser visto nas curvas da Fig. 5, a curva da temperatura do material segue a curva da temperatura do molde, o que dá um gradiente de temperatura pequeno no cabo. Os agentes exotérmicos asseguram que a curva da temperatura do material siga a temperatura a que o cabo está exposto a partir de fora durante o y

aquecimento do cabo. A proporção que a temperatura no molde aumenta, a temperatura do material chega mais perto da temperatura real do molde.

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Quando a temperatura do molde for mantida constante e/ou é reduzida, a temperatura do material irá aumentar até que uma temperatura de exotérmica de pico, a partir da qual a temperatura do material também começará a cair. A temperatura do material é também mantida próxima à temperatura do molde durante o processo de resfriamento. Nessa parte do processo, a temperatura do material fica acima da temperatura do molde, uma vez que se trata de um processo de resfriamento controlado em que o cabo ainda está sendo exposto a uma fonte térmica externa que é regulada para que se tenha um gradiente de temperatura mais uniforme no cabo. O material do cabo é, durante esse procedimento através do molde, aumentado regularmente em temperatura pela adição externa de temperatura e pela associação da temperatura externa com um agente iniciador exotérmico dentro do material do cabo, desse modo assegurando um gradiente de temperatura pequeno através do cabo durante o aquecimento, e controlando a temperatura externa durante o resfriamento para que se tenha a temperatura do material próxima à temperatura do molde tanto durante o aquecimento como durante o resfriamento do cabo, e assim assegura-se um gradiente de temperatura pequeno através do cabo durante o processo de reticulação. A curva da temperatura do material e a curva da temperatura do molde podem ser diferentes para cabos diferentes, dependendo, dentre outros fatores, do tamanho do diâmetro, da composição no cabo e do material no cabo. O produto do cabo resultante não possui micro-rachaduras discemíveis e tem um acabamento exterior liso.

Para se obter a alta resistência axial do cabo, as fibras de carbono na matriz recebem uma orientação paralela ao eixo longitudinal do cabo, isto é, as fibras não são enroladas ou entrelaçadas em tomo do cabo, mas mantidas em uma orientação paralela aos condutores centralmente localizados no cabo. As fibras também são dispostas substancialmente em paralelo umas às outras. As fibras portanto não são enroladas ou

17/18 entrelaçadas. Isso é obtido no estágio de pré-moldagem mencionado em que uma possível modalidade é mostrada esquematicamente na Fig. 6. Nesse estágio, o cabo recebe a sua forma e os condutores e a matriz com as fibras incorporadas recebem suas posições relativas. O estágio de prémoldagem compreende placas de orientação 60a, 60b, em que os condutores com o isolante são conduzidos através da abertura 62 no centro da placa de orientação 60a, e cada fibra na matriz é conduzida através de um furo separado 61 na placa de orientação. Haverá então diversos furos 61 (somente alguns dos quais são mostrados na figura) nas placas de orientação 60a, 60b para as fibras que serão inseridas na matriz no cabo acabado. Esse sistema oferece um bom controle da posição relativa de todas as fibras e condutores e assegura que as fibras sejam mantidas em paralelo com os condutores. Esse processo também assegura que as fibras na camada matricial não sejam enroladas em tomo dos condutores. Depois as placas de orientação 60a, 60b, o cabo é conduzido através de um número de elementos de moldagem 63 com aberturas de diâmetros decrescentes para pré-moldar o cabo e remover o excesso de material matricial enquanto o cabo passa através dos elementos de pré-moldagem. Tanto as placas de orientação 60a, 60b e como os elementos de pré-moldagem 63 são na modalidade mostrada dispostos em ligação a uma estrutura de suporte, assegurando que o centro de todas as placas de orientação 60a, 60b e dos elementos de moldagem estejam alinhados. O cabo é, a partir da prémoldagem, conduzido até o bocal do molde 34 e então através da estação de reticulação 36 como mostrado na Fig. 3. O produto do cabo resultante possui uma resistência à tração excepcionalmente alta, rompendo-se a 131 KN (13,3 toneladas métricas).

Deve ser observado que a descrição acima revela apenas um exemplo de como um cabo pode ser fabricado, e deve ser evidente que diferentes matrizes e diferentes tamanhos de cabo irão precisar de outros

18/18 agentes aditivos e/ou de diferentes espécies de agentes. Um cabo de tamanho maior também pode requerer outras proporções de agentes do que um cabo de diâmetro menor.

O processo de fabricação é agora explicado com várias etapas específicas introduzidas na composição de um cabo acabado. Deve ser entendido que um cabo pode ser feito com a introdução somente de uma ou de várias, porém não de todas as etapas descritas acima. Pode-se conceber um processo de fabricação previamente conhecido com a adição do préaquecimento aos condutores antes de eles serem juntos com a camada de matriz externa, mas com o método como previamente conhecido. Altemativamente, a camada externa do isolante pode ser tratada por uma carga elétrica. Altemativamente, o cabo pode ser formado de forma conhecida, mas com fibras de reforço somente paralelas aos condutores. Em uma outra modalidade, um método conhecido pode ser aprimorado pela adição de agentes de reticulação, dando uma reação exotérmica na matriz. Pode-se conceber também um método que utilize alguns desses elementos adicionalmente a soluções anteriores, porém não todos, ou um método que r utilize todas essas etapas novas no método de fabricação de um cabo. E também possível conceber um cabo compósito que compreenda ao menos uma fibra em uma matriz de resina polimérica disposta da matriz de resina polimérica, sendo ao menos uma referida fibra na matriz de resina polimérica disposta paralelamente ao eixo do cabo compósito.

A invenção foi explicada através de uma modalidade não limitativa, e os técnicos no assunto irão entender que pode haver alterações e modificações à modalidade dentro do escopo da invenção como definido nas reivindicações anexas.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Método de fabricação de um cabo compósito (10) que compreende fibras em uma matriz polimérica (9) e que possui ao menos um condutor (1, 2, 3), compreendendo as etapas de:

a) fornecimento de ao menos um condutor elétrico encoberto por um isolamento,

b) fornecimento de ao menos uma fibra para resistência,

c) revestimento das fibras com uma resina líquida termoestável ou termoplástica,

d) combinação das fibras e dos condutores para formar um cabo, e

e) passagem do cabo resultante através de uma estação de reticulação para reticular a matriz de fibras-resina, caracterizado pelas fibras e pela resina passarem através de um estágio de pré-moldagem antes da estação de reticulação (36), em que as fibras são dispostas em uma orientação paralela umas às outras e aos condutores (1, 2, 3), e em que elementos no cabo no estágio de prémoldagem são conduzidos através de duas placas de orientação (60a, 60b) e ao menos um elemento de pré-moldagem (63), e a quantidade de fibras no cabo acabado está acima de 60%.
2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelos condutores isolados (1, 2, 3) serem aquecidos antes de serem combinados com as fibras.
3. Método de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelos condutores isolados (1, 2, 3) serem aquecidos até uma temperatura de ao menos 150° C antes de serem combinados com as fibras.

Petição 870190035280, de 12/04/2019, pág. 8/12
4. Método de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por incluir o tratamento da superfície exterior dos condutores elétricos (1, 2,

3) e da capa isolante antes de combinar a capa isolante com o condutor com a matriz de fibras de carbono.
5. Método de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pela superfície do isolante ser tratada por um processo de descargas elétricas.
6. Método de acordo com uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado por incluir a adição de agentes iniciadores exotérmicos à resina líquida, de modo que um perfil de temperatura substancialmente uniforme ao longo do cabo seja obtido durante a reticulação.
7. Método de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelos agentes iniciadores exotérmicos compreenderem ao menos dois agentes iniciadores exotérmicos, que atuem em temperaturas diferentes.
8. Método de acordo com uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado por incluir a adição de estireno à resina líquida.
9. Método de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pela quantidade de estireno ser de aproximadamente 2 - 10% em volume da resina líquida.
10. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo aquecimento do cabo durante o processo de reticulação.
11. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo resfriamento controlado do cabo durante um processo de pós-reticulação para assegurar uma matriz de resina apropriadamente reticulada.

Petição 870190035280, de 12/04/2019, pág. 9/12
12. Método de fabricação de um cabo compósito que compreende fibras em uma matriz polimérica (9) e que possui ao menos um condutor, compreendendo as etapas de:

a) fornecimento de ao menos um condutor elétrico (1, 2, 3) encoberto por um isolamento,

b) fornecimento de ao menos uma fibra para resistência,

c) revestimento das fibras com uma resina líquida termoestável ou termoplástica,

d) combinação das fibras e dos condutores para formar um cabo, e

e) passagem do cabo resultante através de uma estação de reticulação para reticular a matriz de fibras-resina, caracterizado pelos condutores serem aquecidos antes de serem combinados com as fibras.
13. Método de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelos condutores serem aquecidos até uma temperatura de ao menos 150°C antes de serem combinados com as fibras.
14. Método de acordo com a reivindicação 12 ou 13, caracterizado por incluir o tratamento da superfície exterior dos condutores elétricos e da capa isolante antes de combinar a capa isolante com o condutor com a matriz de fibras de carbono.
15. Método de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pela superfície do isolante ser tratada por um processo de descargas elétricas.
16. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 12 a 15, caracterizado pelas fibras e a resina passarem através de um estágio de pré-moldagem antes da estação de reticulação, em que as fibras são dispostas em uma orientação paralela umas às outras e aos condutores.

Petição 870190035280, de 12/04/2019, pág. 10/12
17. Método de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por incluir a adição de agentes iniciadores exotérmicos à resina líquida, de modo que um perfil de temperatura substancialmente uniforme ao longo do cabo seja obtido durante a reticulação.
18. Método de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelos agentes iniciadores exotérmicos compreenderem ao menos dois agentes iniciadores exotérmicos que atuem em temperaturas diferentes.
19. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 12 a 18, caracterizado por incluir a adição de estireno à resina líquida.
20. Método de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pela quantidade de estireno ser de aproximadamente 2 - 10% em volume da resina líquida.
21. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 12 a 20, caracterizado pelo aquecimento do cabo durante o processo de reticulação.
22. Método de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo resfriamento controlado do cabo durante um processo de pósreticulação para assegurar uma matriz de resina apropriadamente reticulada.
23. Cabo compósito feito como definido na reivindicação 1, que compreende uma pluralidade de fibras em uma matriz de resina polimérica e ao menos um condutor elétrico com um isolante disposto dentro da matriz de resina polimérica feita em que a pluralidade de fibras na matriz de resina polimérica é disposta paralelamente umas às outras e ao condutor, caracterizado por a quantidade de fibras no cabo acabado ser de acima de 60%.
24. Cabo compósito de acordo com a reivindicação 23, caracterizado por compreender ao menos um condutor de fibra óptica disposto dentro da matriz de resina polimérica.

Petição 870190035280, de 12/04/2019, pág. 11/12
25. Cabo compósito de acordo com a reivindicação 23, caracterizado por um aditivo ser adicionado à matriz polimérica, o aditivo possuindo aproximadamente 60% de estireno.
26. Cabo compósito de acordo com a reivindicação 23, caracterizado por um aditivo ser adicionado à matriz de resina polimérica compreendido por ao menos um agente para iniciar uma reação química térmica (reticulação) quando aquecido.
27. Cabo compósito de acordo com a reivindicação 26, caracterizado pelo aditivo compreender ainda uma propriedade deslizante para permitir que o cabo passe através dos formadores e moldes.
28. Cabo compósito de acordo com a reivindicação 26 ou 27, caracterizado pelo aditivo compreender ainda um acelerador químico para sincronizar o processo de reticulação com a taxa de impulsão do cabo durante o processo de pultrusão.
29. Uso de um cabo compósito como definido em qualquer uma das reivindicações 23 a 28, caracterizado por ser como um cabo de intervenção em poços.
30. Uso de um cabo compósito fabricado como definido em qualquer uma das reivindicações precedentes 12 a 22, caracterizado por ser para uso como cabo de intervenção em poços.