DE112016001050B4

DE112016001050B4 - Elektrische Tauchpumpe mit Motorwicklung eingekapselt in gebundener Keramik

Info

Publication number: DE112016001050B4
Application number: DE112016001050.8T
Authority: DE
Inventors: Ping Duan
Original assignee: Baker Hughes Holdings LLC
Current assignee: Baker Hughes Holdings LLC
Priority date: 2015-03-31
Filing date: 2016-03-29
Publication date: 2023-10-12
Anticipated expiration: 2036-03-30
Also published as: CA2991029A1; US20180262074A1; BR112017020914A2; BR112017020914B1; CA2991029C; US20160294243A1; DE112016001050T5; WO2016160779A1; SG11201708006XA; US10778059B2

Abstract

Verfahren zum Einkapseln von Magnetdrähten (22) in einem Elektromotor (10), wobei die Magnetdrähte (22) durch Schlitze (20) gewickelt sind, die in einem Statorlamellenpaket (16) ausgebildet sind, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:Bereitstellen eines Behälters (36) mit einem Auslass (37), wobei in dem Behälter (36) ein Gemisch (38) aus keramischen Teilchen (25) und einem Polymermatrix-Pulver für die Erzeugung einer Polymermatrix (27) kombiniert wird;Bereitstellen einer über einem oberen Ende des Motors (10) angeordneten Umhüllung (40), in welche das aus dem Auslass (37) des Behälters (36) ausgetretene Gemisch (38) eintritt;Bereitstellen eines Vakuumsystems (41) am entgegengesetzten unteren Ende des Motors (10), um Luft aus dem Motor (10) zu ziehen, wodurch das Gemisch (38) in die Hohlräume zwischen den Magnetdrähten (22) und den Schlitzen (20) gezogen wird;Erwärmen des sich in den Hohlräumen der Schlitze (20) befindlichen pulverförmigen Gemisches (38); undAbkühlung des erwärmten Gemisches (38), um eine Einkapselung der Magnetdrähte (22) innerhalb der Schlitze (20) zu erreichen.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einkapseln von Magnetdrähten in einem Elektromotor sowie ein elektrisches Tauchpumpensystem, dessen Elektromotor Magnetdrahtwicklungen aufweist, die mit Hilfe des offenbarten Verfahrens eingekapselt sind.
Hintergrund
Tauchpumpen werden häufig in Kohlenwasserstoff produzierenden Bohrungen zum Pumpen von Fluiden aus dem Bohrloch an die Oberfläche verwendet. Diese Fluide sind im Allgemeinen Flüssigkeiten bestehend aus produziertem flüssigen Kohlenwasserstoff und häufig Wasser. Ein in dieser Anmeldung verwendeter Systemtyp nutzt eine elektrische Tauchpumpe („ESP“). ESPs sind typischerweise am Ende einer Strecke einer Produktionsverrohrung angeordnet und weisen einen elektrisch angetriebenen Motor auf. Oft kann dem Pumpenmotor über ein elektrisches Stromkabel von der Oberfläche, das längsseits der Verrohrung festgebunden ist, elektrische Energie zugeführt werden.
ESP-Motoren haben Statoren mit axial ausgerichteten Schlitzen und isolierten Magnetdrähten, die in einem ausgewählten Muster durch die Schlitze gewickelt sind. Ein Blatt eines Isoliermaterials wird gewöhnlich um jedes Bündel von Magnetdrähten in jedem der Schlitze gewickelt. Die Magnetdrähte erstrecken sich unterhalb eines unteren Endes des Stators in Schleifen, die um eine Längsachse des Motors herum beabstandet sind. Die Magnetdrähte können in den Schlitzen mit einem Epoxidharz verklebt werden, um mechanischen Vibrationen während des Betriebs zu widerstehen. Bei einer Technik werden Magnetdrahtleitungen an die oberen Enden von drei der Magnetdrähte gespleißt. Die Magnetdrahtleitungen erstrecken sich vom oberen Ende des Stators zu den internen Kontakten in einer elektrischen Steckdose des Motors. Ein dielektrisches Schmiermittel füllt den Motor zum Schmieren von Lagern innerhalb des Motors.
Typischerweise ist die Pumpeinheit innerhalb des Bohrlochs genau oberhalb einer Kohlenwasserstofferzeugungszone angeordnet, wo Perforationen gemacht werden. In dieser Position strömen die erzeugten Fluide an der Außenfläche des Pumpmotors vorbei und absorbieren die vom Motor erzeugte Wärme. Trotz der Wärmeübertragung zwischen dem Fluid und dem Motor kann der Motor noch überhitzen. Eine Überhitzung kann ein Problem sein, wenn das Fluid eine hohe Viskosität, eine niedrige spezifische Wärme oder eine niedrige Wärmeleitfähigkeit aufweist. Dies ist typisch für hochviskose Rohöle. Außerdem kann der Motor gezwungenermaßen bei einer Temperatur höher als seine normale Betriebstemperatur in Dampfeinspritzbohrungen betrieben werden. Erhöhte Bohrtemperaturen können die Lebensdauer des Motors reduzieren. Unerwünschte Chemikalien können gebildet werden, wenn das Epoxidharz unter hoher Temperatur degradiert. Diese Chemikalien können die Isolationsschichten der Magnetdrähte beschädigen.
Aus der US 2009/0091202 A1 ist ein elektrischer Motor für eine Tauchpumpe bekannt. Der Motor umfasst einen Stator, der eine Vielzahl von Statorlamellen mit Schlitzen aufweist. Magnetdrähte, die durch die Schlitze der Statorlamellen geführt werden, werden durch Schrumpfschläuche zusammengehalten.
Aus der US 8,604,656 B2 und der US 2010/0156215 A1 ist der Einsatz von wärmeaushärtenden Polymeren in elektrischen Motoren von Tauchpumpen bekannt. Drähte bzw. Spulen des elektrischen Motors werden mit Fasergewebe oder einem Prepreg umgeben. Motorhohlräume werden anschließend mit einem Polymerharz ausgefüllt.
Aus der US 2006/0261683 A1 ist ferner ein elektrischer Motor bekannt, der Statorschlitze zur Aufnahme von Magnetdrähten aufweist. Diese Magnetdrähte werden unter Druck mit thermisch leitenden Plastikmaterial umgeben.
Kurzer Abriss
Bereitgestellt wird ein Verfahren zum Einkapseln von Magnetdrähten in einem Elektromotor, wobei die Magnetdrähte durch Schlitze gewickelt sind, die in einem Statorlamellenpaket ausgebildet sind, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Bereitstellen eines Behälters mit einem Auslass, wobei in dem Behälter ein Gemisch aus keramischen Teilchen und einem Polymermatrix-Pulver für die Erzeugung einer Polymermatrix kombiniert wird; Bereitstellen einer über einem oberen Ende des Motors angeordneten Umhüllung, in welche das aus dem Auslass des Behälters ausgetretene Gemisch eintritt; Bereitstellen eines Vakuumsystems am entgegengesetzten unteren Ende des Motors, um Luft aus dem Motor zu ziehen, wodurch das Gemisch in die Hohlräume zwischen den Magnetdrähten und den Schlitzen gezogen wird; Erwärmen des sich in den Hohlräumen der Schlitze befindlichen pulverförmigen Gemisches; und Abkühlung des erwärmten Gemisches, um eine Einkapselung der Magnetdrähte innerhalb der Schlitze zu erreichen.
Die Keramikpartikel können eine Größe von 20 mesh (840 µm) bis 140 mesh (105 µm) aufweisen. Die keramischen Teilchen können im Allgemeinen kugelförmig sein. Jedes der keramischen Teilchen hat eine Querschnittsfläche, die viel kleiner als eine Querschnittsfläche von jedem der Magnetdrähte ist. Die keramischen Teilchen können porös sein.
Die Polymermatrix ist ein elektrisches Isolationsmaterial. Die Polymermatrix umfasst vorzugsweise ein Fluorpolymer, das ausgewählt ist aus einer Gruppe bestehend aus Perfluoralkoxy („PFA“), fluoriertem Ethylenpropylen („FEP“), Polytetrafluorethylen („PTFE“) und Kombinationen davon.
Jeder der Magnetdrähte kann eine elektrische Isolationsschicht umfassen, die einen Kupferkern umgibt. Jeder der Schlitze hat einen Umriss; und zumindest einige der Magnetdrähte können mit dem Umriss in Berührung kommen. Die Polymermatrix füllt alle Hohlräume in jedem der Schlitze aus.
Bereitgestellt wird ferner ein elektrisches Tauchpumpen („ESP“) -System, umfassend einen Elektromotor und eine von dem Elektromotor angetriebene Pumpe, wobei der Elektromotor ein Paket von Statorlamellen mit Schlitzen aufweist, welche durch die Statorlamellen hindurchgehend ausgebildet sind, und der Elektromotor ferner Magnetdrähte aufweist, die durch die Schlitze gewickelt sind, wobei die Magnetdrähte in den Schlitzen gemäß dem obengenannten Verfahren eingekapselt sind..
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Einige der Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung wurden angegeben, andere werden offensichtlich, wenn die Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen erfolgt, in denen:

1 eine Querschnittsansicht eines Motors zur Verwendung mit einem elektrischen Tauchpumpsystem ist, wobei der Motor gemäß dieser Offenbarung aufgebaut ist.
2 eine vergrößerte Ansicht eines der Statorschlitze des Motors von 1 ist, die eine Einkapselung in dem Schlitz mit keramischen Teilchen, die in einer Polymermatrix dispergiert sind, schematisch darstellt.
3 eine perspektivische Seitenansicht eines Beispiels eines Verfahrens zum Einkapseln von Magnetdrähten in dem Motor der 1 und 2 ist.
4 eine seitliche Teilschnittansicht des Motors von 1 ist, integriert in einem elektrischen Tauchpumpsystem und in einem Bohrloch angeordnet.

Während die Erfindung in Zusammenhang mit den bevorzugten Ausführungsformen beschrieben wird, versteht es sich, dass es nicht beabsichtigt ist, die Erfindung auf diese Ausführungsform zu beschränken. Im Gegenteil, es ist beabsichtigt, alle Alternativen, Modifikationen und Äquivalente abzudecken, wie sie in dem Sinn und Umfang der Erfindung enthalten sein können, wie durch die beigefügten Ansprüche definiert.
Detaillierte Beschreibung
Das Verfahren und das Tauchpumpensystem der vorliegenden Offenbarung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, in denen Ausführungsformen gezeigt sind, ausführlicher beschrieben. Das Verfahren und das System der vorliegenden Offenbarung können in vielen verschiedenen Formen vorliegen und sollten nicht als auf die hierin dargestellten Ausführungsformen beschränkt angesehen werden. Gleiche Zahlen beziehen sich durchweg auf gleiche Elemente. In einer Ausführungsform schließt die Verwendung des Begriffs „etwa“ +/- 5 % der angegebenen Größenordnung ein. In einer Ausführungsform schließt die Verwendung des Begriffs „im Wesentlichen“ +/- 5 % der angegebenen Größenordnung ein.
Es versteht sich ferner, dass der Umfang der vorliegenden Offenbarung nicht auf die genauen Einzelheiten der Konstruktion, des Betriebs, der exakten Materialien oder der dargestellten und beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist, da Modifikationen und Äquivalente für einen Fachmann offensichtlich sind. In den Zeichnungen und der Beschreibung wurden beispielhafte Ausführungsformen offenbart, und obwohl spezifische Begriffe verwendet werden, werden sie nur in einem generischen und beschreibenden Sinn verwendet und nicht zum Zwecke der Beschränkung.
1 zeigt eine axiale Teilschnittansicht eines oberen Endes eines Motors 10 zur Verwendung mit einem elektrischen Tauchpumpsystem („ESP“). Der Motor 10 ist mit einem allgemein zylindrischen Gehäuse 12 ausgestattet, das die Komponenten des Motors 10 gegen harte Bohrlochbedingungen abdeckt und schützt und einen externen Träger bereitstellt, in dem die Komponenten enthalten sind. Motor 10 wird typischerweise mit einem flüssigen dielektrischen Motorschmiermittel gefüllt. In Gehäuse 12 ist eine Statoranordnung 14 dargestellt, die ein Statorpaket 16 aufweist, das aus einer Reihe von Lamellen besteht, die koaxial aufeinandergestapelt sind. Jede Lamelle ist typischerweise eine dünne Stahlscheibe. Die Lamellen des Statorpakets 16 weisen zentrale Öffnungen 17 auf, die eine Bohrung der Statoranordnung 14 definieren. Ein kreisförmiger Ring 18, der auf eine Oberseite des Statorpakets 16 gesetzt gezeigt wird, weist einen Innendurchmesser auf, der kleiner als ein Außendurchmesser des Statorpakets 16 ist und das Packet 16 im Gehäuse 12 hält.
Eine Reihe von Schlitzen 20 ist axial durch jede der Lamellen in dem Packet 16 gebildet, die sich entlang einer Länge des Packets 16 erstrecken. Die Schlitze 20, wie gezeigt, sind in gleichem Abstand zueinander ausgebildet und erstrecken sich in Umfangsrichtung um die Bohrung des Statorpakets 16 herum. Bezüglich 2 weist jeder Schlitz 20 einen Umriss 21 auf, der im Allgemeinen, wie gezeigt, eine trapezförmige Form haben kann. Eine Öffnung (nicht gezeigt) kann von jedem Schlitz 20 zu der zentralen Öffnung 17 führen. Alternativ kann jeder Schlitz 20 vollständig von seinem Umriss 21 umschlossen sein.
Eine Anzahl von Motor- oder Magnetdrähten 22 ist entlang der Länge jedes der Schlitze 20 gewickelt. Normalerweise ist der Motor 10 (1) ein dreiphasiger Motor und wird drei getrennte Magnetdrähte 22 haben. Jeder Magnetdraht 22 erstreckt sich über die Länge der Statoranordnung 14 und weist mehrere Windungen innerhalb jedes Schlitzes 20 auf. Vorzugsweise weist jeder Magnetdraht 22 einen Metallkern 22a, normalerweise Kupfer, auf, der in einer Hochtemperatur-Elektroisolationsschicht 22b eingeschlossen ist.
Eine Einkapselung 24 umgibt und bindet die Magnetdrähte 22 starr in jedem Schlitz 20 zusammen und bildet eine Schutzbeschichtung um die Magnetdrähte 22 herum. In dieser Ausführungsform gibt es keine Auskleidung, die das Bündel von Magnetdrähten 22 in jedem Schlitz 20 umgibt; vielmehr füllen die Einkapselung 24 und die Magnetdrähte 22 jeden Schlitz 20 vollständig aus. Ein Teil der Einkapselung 24 wird mit dem Umriss 21 jedes Schlitzes 20 verbunden und mit diesem in Kontakt gebracht. Außerdem sind einige der Magnetdrähte 22 in Kontakt mit dem Schlitzumriss 21.
Die Einkapselung 24 besteht aus einer Mischung von keramischen Teilchen 25, die durch eine Polymermatrix 27 miteinander verbunden sind. Die keramischen Teilchen 25 sind in der Polymermatrix 27 dispergiert. Die keramischen Teilchen 25 sind aus einem harten Material mit hohen elektrischen Isolationseigenschaften gebildet. Die keramischen Teilchen 25 können porös für das in dem Motor 10 enthaltene dielektrische Motorschmiermittel sein, um so die Wärmeübertragungsrate vom Motor 10 zu erhöhen.
Die keramischen Teilchen 25 haben Querschnittsabmessungen, die viel kleiner sind als die Querschnittsabmessung jedes Magnetdrahtes 22. Zum Beispiel können die keramischen Teilchen 25 in einer Teilchenbereichsgröße von etwa 20 mesh (840 µm) bis etwa 140 mesh (105 µm) sein. In einer optionalen Ausführungsform sind die keramischen Teilchen 25 im Allgemeinen abgerundet oder sphärisch und weisen keine scharfen Kanten auf. Die abgerundete Form der keramischen Teilchen 25 verringert die Chancen für die Beschädigung der Magnetdrahtisolationsschichten 22b.
Die keramischen Teilchen 25 können Stützmittel oder Mikrokugeln umfassen, wie jene, die für eine Bohrlochkiespackung mit einem Handelsnamen Carboaccucast® verwendet werden und die von der Carbo Corporation, 575 N. Dairy Ashford Rd, Suite 300, Houston, Texas, 77079, (281) 921 6400 kommerziell erhältlich sind. In einem nicht einschränkenden Beispiel können die keramischen Teilchen 25 Carboaccucast® 1D50 mit einer Teilchengröße von etwa 50 mesh bis etwa 100 mesh umfassen. Es gibt alternative Ausführungsformen, wobei keramische Teilchen 25 Aluminiumoxid (99,9% Al2O3), Aluminiumsilikat, Al2SiO5, Berillia (99% BeO), Bornitrid, BN, Cordierit, Mg2Al4Si5O18, Forsterit, Mg2SiO4, Porzellan, Steatit, Mg3Si4011·H2O, Titanate von Mg, Ca, Sr, Ba und Pb, Bariumtitanat, Glas gebundene, Zirkoniumdioxid, ZrO2, Quarzglas, SiO2, Glimmer, Muskovit, Rubin, natürliches Phlogopit, Bernstein, natürliches Fluorphlogopit, synthetischer glasgebundener Glimmer und Kombinationen davon umfassen.
Die Polymermatrix 27 ist aus einem Polymerklebstoff gebildet, der nach dem Füllen jedes Schlitzes 20 wäremaushärtet. Beispielhafte Polymerklebstoffe für die Polymermatrix 27 umfassen Fluorpolymere. Beispiel für Fluorpolymere für die Polymermatrix 27 schließen Perfluoralkoxyalkane („PFA“), fluoriertes Ethylenpropylen („FEP“) und Polytetrafluorethylen („PTFE“) ein. Vorzugsweise weist die Polymermatrix 27 bei erhöhten Temperaturen gute chemische Beständigkeitseigenschaften auf. Erhöhte Temperaturen sind diejenigen, die typischerweise im Bohrloch auftreten können, und können diejenigen sein, die etwa 150° F übersteigen.
Ein Verfahren zur Herstellung der Polymermatrix 27 verwendet ein Fluorpolymer, das als Pulver zugeführt wird, das eine Teilchengröße im Bereich von etwa 20 Mikrometer bis etwa 200 Mikrometer aufweist. In einem nicht einschränkenden Beispiel kann die Polymermatrix 27 ein Fluorpolymer-Pulver-Bindemittel NC-1500, erhältlich von Daikin Chemicals, 20 Olympic Drive Orangeburg, N.Y. 10962, http://www.daikin-america.com/, enthalten, und das ein thermisch schmelzbares FEP-basiertes Feinpulver mit einer Teilchengröße von etwa 30 Mikrometer bis etwa 60 Mikrometer ist.
Unter erneuter Bezugnahme auf 1 ist eine Rotoranordnung 26 gezeigt, die von der Statoranordnung 14 umgrenzt ist, wobei sich die Rotoranordnung 26 in Bezug auf die Statoranordnung 14 dreht. Die Rotoranordnung 26 enthält mehrere Rotorpackete 28 (nur eine gezeigt), die durch Radiallager axial voneinander getrennt sind. Das Rotorpacket 28, ähnlich dem Statorpaket 16, besteht aus einer Anzahl von Rotorlamellen oder Stahlscheiben, die in einer koaxialen Anordnung übereinander gestapelt sind. Die Schlitze 30 sind axial durch jede der Rotorlamellen gebildet, so dass, wenn die Lamellen gestapelt werden, sich die Schlitze 30 durch die gesamte Länge des Rotorpackets 28 erstrecken. Die Schlitze 30 sind im Wesentlichen in gleichem Abstand zueinander in mehreren Winkelstellungen um das Rotorpacket 28 verteilt. In den Schlitzen 30 sind längliche Rotorstäbe 32 eingesetzt, wobei in einem Beispiel die Rotorstäbe 32 ein magnetisches Material aufweisen. Somit erzeugt in einem Beispiel die Erregung der Magnetdrähte 22 mit einem elektrischen Strom ein elektromagnetisches Wechselfeld (nicht gezeigt). Die Rotorstäbe 32 reagieren auf das elektromagnetische Feld, wodurch eine Drehung der Rotoranordnung 26 bewirkt wird. Koaxial innerhalb der Rotoranordnung 26 ist eine längliche Welle 34, die mit der Rotoranordnung 26 gekoppelt ist und sich mit dieser dreht.
In einem nicht einschränkenden Beispiel enthält das Gemisch aus keramischen Teilchen 25 und Polymerpulver für die Polymermatrix 27 etwa 100 Teile von keramischen Teilchen 25 und etwa 30 Teile von Polymermatrix 27 -Pulver. Keramische Teilchen 25 können eine Größe von etwa 50 mesh bis etwa 100 mesh aufweisen, und das Pulver für die Polymermatrix 27 kann eine Teilchengröße von etwa 30 Mikrometer bis etwa 60 Mikrometer aufweisen. Noch weiter kann die Polymermatrix 27 wahlweise ein chemikalienbeständiges fluorpolymeres Pulver wie FEP enthalten. Weiterhin sind in diesem Beispiel wahlweise neue Edelstahlkomponenten in den Stator- und Endbefestigungen eingebaut, und die Schlitze 20 im Statorpaket 16 sind mit dem Gemisch aus Keramikpartikeln 25 und Pulver für die Polymermatrix 27 gefüllt.
In 3 ist ein Beispiel schematisch dargestellt, wie die Einkapselung 24 der 1 und 2 in den Schlitzen 20 gebildet werden kann. Wie gezeigt, wird ein Gemisch 38 aus keramischen Teilchen 25 und pulverförmiger Polymermatrix 27 innerhalb eines Behälters 36 mit einem Auslass 37 kombiniert. Das Gemisch 38 tritt aus dem Auslass 37 aus und tritt in eine Umhüllung 40 ein, die über das obere Ende des Motors 10 gestellt ist. An dem entgegengesetzten Ende des Motors 10 befindet sich ein Vakuumsystem 41, das Luft aus dem Motor 10 zieht und somit wird die Mischung 38 in die Schlitze 20 (1 und 2) gezogen, um alle Hohlräume und Spalten zu füllen, die zwischen den Magnetdrähten 22 in den Schlitzen 20 (1 und 2) vorhanden sein können. Wahlweise kann ein Filter 42 innerhalb des Vakuumsystems 41 zum Blockieren von einem Austreten von keramischen Teilchen 25 oder der Pulver der Polymermatrix 27 am unteren Ende des Vakuumsystems 41 sein. In einer Ausführungsform umfasst der Filter 42 einen 100 mesh-Stahlschirm zum Einfangen keramischer Teilchen 25 und Polymermatrix 27 -Pulver, die sich durch die gesamte Länge des Motors 10 durchsetzen können. In einer Alternative ist eine Vakuumpumpe 44 am unteren Ende des Vakuumsystems 41 enthalten, wobei ein Schlauch die Vakuumpumpe 44 mit dem unteren Ende der Pumpe 10 verbindet, so dass die Vakuumpumpe 44 eine Saugwirkung an dem unteren Ende der Schlitze 20 anlegen kann. Ein mechanischer Rüttler (nicht gezeigt) kann verwendet werden, um weiter sicherzustellen, dass die Mischung 38 jegliche verbleibenden Hohlräume in den Schlitzen 20 füllt.
Nachdem die Mischung 38 der keramischen Teilchen 25 und des Polymermatrix 27 - Pulver die Schlitze 20 um die Magnetdrähte 22 gefüllt hat, wird die Mischung 38 erwärmt. Das Erwärmen kann entweder durch Erwärmung des gesamten Motors 10 oder durch Durchführen von Elektrizität durch Magnetdrähte 22 zum Erwärmen der Mischung 38 erfolgen. In einem Beispiel beträgt ein Schmelzpunkt der Pulver der Polymermatrix 27 etwa 260° C bis etwa 350° C; so wird die Mischung 38 auf mindestens diese Temperatur erwärmt, wodurch die Pulver der Polymermatrix 27 geschmolzen werden. Das Erwärmen und anschließende Abkühlen bewirkt eine Bindung der keramischen Teilchen 25 innerhalb der Polymermatrix 27 an die Magnetdrähte 22, wodurch eine feste, starre Einkapselung 24 in Schlitzen 20 gebildet wird zum Schutz der Drähte 22. Die Erwärmung beeinträchtigt die keramischen Partikel 25 nicht.
Wahlweise kann eine Erwärmung des gesamten Motors 10 in einem Hochtemperatur-Rohrofen 43 stattfinden. In einem nicht einschränkenden Beispiel wird der Motor 10 für eine Zeitspanne von bis zu etwa 5 Stunden erwärmt, und die oberen und unteren Öffnungen der Schlitze 20 sind verstopft, um die Mischung 38 in den Schlitzen 20 zurückzuhalten. Noch weiter wird wahlweise eine Stickstoffdecke auf den Motor 10 aufgebracht, um beim Erwärmen freigesetzte flüchtige Bestandteile zu entfernen. Aufschmelzen, dann Abkühlen der Polymermatrix 27 -Pulver bildet ein integriertes, haltbares strukturelles Bindematerial, das die Magnetdrähte 22 an Ort und Stelle innerhalb der Schlitze 20 sichert. Wie oben angedeutet, erzeugt das Vorhandensein von keramischen Teilchen 25 innerhalb der Einkapselung 24 eine Porosität der Einkapselung 24, die die Wärmeübertragung vom Motor weg erhöht.
In 4 ist eine seitliche Teilschnittansicht des Motors 10 gezeigt, der in Verbindung mit einem elektrischen Tauchpumpen (ESP) -system oder der Anordnung 45 verwendet wird.
Hier ist das ESP-System 45 in einem Bohrloch 46 an einem unteren Ende eines Strangs einer Produktionsverrohrung 48 angeordnet. Ein oberes Ende der Produktionsverrohrung 48 ist mit einer Bohrkopfanordnung 50 verbunden, die ein oberes Ende des Bohrlochs 46 verschließt. Der Motor 10 ist mit einer Pumpe 58 gekoppelt, die an einem oberen Ende des ESP-Systems 45 vorgesehen ist. Die Welle 34 ist mit Laufrädern 54 (in gestrichelter Ansicht dargestellt) innerhalb der Pumpe 58 verbunden. Die Pumpe 58 pumpt Bohrfluid aus dem Bohrloch 46 heraus, so dass es zur Produktionsverrohrung 48 ausgegeben und an die Bohrkopfanordnung 50 gepumpt werden kann. Ein Dichtungsabschnitt 56 ist zwischen der Pumpe 52 und dem Motor 10 zum Ausgleich des Drucks innerhalb des ESP-Systems 45 mit dem hydrostatischen Druck des Bohrfluides in dem Bohrloch 46 vorgesehen. Ein Einlass 58 ist durch ein Gehäuse der Pumpe 52 gebildet, so dass das Fluid innerhalb des Bohrlochs 46 seinen Weg zu den Laufrädern 54 zur Druckbeaufschlagung und zur Abgabe an die Produktionsverrohrung 48 machen kann. In diesem Beispiel werden die durch das ESP-System 45 druckbeaufschlagten Fluide aus einer Formation 60 hergestellt, die durch das Bohrloch 46 geschnitten wird.
Die hierin beschriebene vorliegende Erfindung ist gut geeignet, um die Aufgaben auszuführen und die genannten Ziele und Vorteile zu erreichen, sowie andere, die darin inhärent sind. Die chemisch inerte Verkapselung der Motordrähte ersetzt chemisch instabile Epoxidharze. Während eine gegenwärtig bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zum Zwecke der Offenbarung angegeben worden ist, gibt es zahlreiche Änderungen in den Einzelheiten der Verfahren zur Erreichung der gewünschten Ergebnisse. Diese und andere ähnliche Modifikationen stellen sich dem Fachmann leicht dar und sollen innerhalb des Gedankens der vorliegenden Erfindung, der hierin offenbart ist, und dem Umfang der beigefügten Ansprüche umfasst sein.

Claims

Verfahren zum Einkapseln von Magnetdrähten (22) in einem Elektromotor (10), wobei die Magnetdrähte (22) durch Schlitze (20) gewickelt sind, die in einem Statorlamellenpaket (16) ausgebildet sind, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Bereitstellen eines Behälters (36) mit einem Auslass (37), wobei in dem Behälter (36) ein Gemisch (38) aus keramischen Teilchen (25) und einem Polymermatrix-Pulver für die Erzeugung einer Polymermatrix (27) kombiniert wird; Bereitstellen einer über einem oberen Ende des Motors (10) angeordneten Umhüllung (40), in welche das aus dem Auslass (37) des Behälters (36) ausgetretene Gemisch (38) eintritt; Bereitstellen eines Vakuumsystems (41) am entgegengesetzten unteren Ende des Motors (10), um Luft aus dem Motor (10) zu ziehen, wodurch das Gemisch (38) in die Hohlräume zwischen den Magnetdrähten (22) und den Schlitzen (20) gezogen wird; Erwärmen des sich in den Hohlräumen der Schlitze (20) befindlichen pulverförmigen Gemisches (38); und Abkühlung des erwärmten Gemisches (38), um eine Einkapselung der Magnetdrähte (22) innerhalb der Schlitze (20) zu erreichen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Polymermatrix-Pulver ein Fluorpolymer umfasst, das ausgewählt ist aus einer Gruppe bestehend aus Perfluoralkoxy („PFA“), fluoriertem Ethylenpropylen („FEP“), Polytetrafluorethylen („PTFE“) und Kombinationen davon.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Polymermatrix-Pulver eine Teilchengröße von 20 µm bis 200 µm, bevorzugt von 30 µm bis 60 µm aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die keramischen Teilchen (25) eine Größe von 105 µm bis 840 µm aufweisen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die keramischen Teilchen (25) im Allgemeinen kugelförmig sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schritt des Erwärmens des sich in den Hohlräumen der Schlitze (20) befindlichen pulverförmigen Gemisches (38) ein Erwärmen des gesamten Elektromotors (10) oder ein Durchführen von Elektrizität durch die Magnetdrähte (22) umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schritt des Erwärmens ein Erwärmen des Gemisches (38) auf mindestens die Schmelztemperatur des Polymermatrix-Pulvers umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend Bereitstellen eines mechanischen Rüttlers zur Unterstützung der Füllung aller zwischen den Magnetdrähten (22) und den Schlitzen (20) ausgebildeten Hohlräume mit dem Gemisch (38).
Elektrisches Tauchpumpen („ESP“) -System (45), umfassend einen Elektromotor (10) und eine von dem Elektromotor (10) angetriebene Pumpe (58), wobei der Elektromotor (10) ein Paket von Statorlamellen (16) mit Schlitzen (20) aufweist, welche durch die Statorlamellen (16) hindurchgehend ausgebildet sind, und der Elektromotor (10) ferner Magnetdrähte (22) aufweist, die durch die Schlitze (20) gewickelt sind, wobei die Magnetdrähte (22) in den Schlitzen (20) gemäß dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 eingekapselt sind.