FR3071095A1 - Système et procédé pour une isolation de fils magnétiques améliorée - Google Patents

Système et procédé pour une isolation de fils magnétiques améliorée Download PDF

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Abstract

Un système et un procédé pour une isolation de fils magnétiques améliorée sont décrits. Un procédé de fabrication d'une isolation de fils magnétiques adaptée à une application de moteur submersible électrique comprend le tréfilage d'un fil magnétique en cuivre aux bonnes dimensions, le nettoyage du fil magnétique en cuivre, la traction du fil magnétique en cuivre à travers une machine d'emballage avec du polyimide pour produire un fil magnétique en cuivre emballé et le placement du fil magnétique en cuivre emballé autour d'une bobine, le chauffage du fil magnétique emballé en déroulant le fil magnétique emballé à travers un tube comprenant une bobine d'induction, le retrait de l'humidité du fil magnétique en cuivre emballé et chauffé en créant au moins un vide partiel à l'intérieur du tube, la nouvelle traction du fil magnétique en cuivre emballé à travers un moule d'extrusion après avoir enlevé l'humidité, l'application du PEEK fondu sur le fil magnétique en cuivre emballé pour produire un fil magnétique amélioré, et l'enroulement du fil magnétique amélioré dans un moteur à induction à utiliser pour faire fonctionner une pompe submersible électrique.

Description

1. DOMAINE DE L’INVENTION
Les modes de réalisation de l'invention décrits dans les présentes se rapportent au domaine des fils magnétiques. Plus particulièrement, mais ceci ne présentant pas un caractère limitatif, un ou plusieurs modes de réalisation de l'invention permettent un système et un procédé pour une isolation de fils magnétiques améliorée pour des applications de pompes submersibles électriques.
2. DESCRIPTION DES ÉLÉMENTS APPARENTÉS DANS L'ÉTAT DE L'ART
Les fils magnétiques actuellement disponibles ne sont pas appropriés pour certaines applications sur moteur. En particulier, le fil magnétique utilisé dans les moteurs pour les applications de pompage de pétrole ou de gaz doit être exceptionnellement fiable. Lorsqu'un moteur est utilisé dans un puits de pétrole ou de gaz, une rupture de fil ou un court-circuit est particulièrement coûteux car le moteur est profondément enfoncé dans le sol. Si l'isolation du fil magnétique dans le moteur forme des fissures, ces fissures peuvent provoquer une panne prématurée du moteur.
Dans le cas d'une pompe submersible électrique (ESP), une panne du moteur peut être catastrophique car cela signifie qu'il faut retirer l'unité du puits pour les réparations. Les ensembles ESP exigent en particulier que le fil magnétique utilisé soit capable de résister aux températures élevées que l'on rencontre dans les profondeurs du sous-sol. En outre, les pompes ESP peuvent parfois fuir, et de l’eau peut alors entrer dans le moteur. Un fil magnétique qui est dûment étanche, permettant d'éviter un court-circuit lorsqu'il est exposé à une telle fuite, constituerait un avantage dans tous les types d'applications de pompage. Enfin, les fils magnétiques sont souvent endommagés lorsqu'ils sont transportés, ces dommages prenant la forme de ruptures, d’entailles ou de petites perforations. Ce genre de dommage réduit la durée de vie du fil. Un fil magnétique bénéficiant d'une durabilité accrue pendant le transport constituerait un avantage dans tous les types d'applications de fil magnétique.
Les fils magnétiques actuellement disponibles sont parfois isolés avec un film de polyimide, par exemple un ruban Kapton® (marque déposée d’E. I. Du Pont De Nemours and Company). Le film de polyimide est un type de résine polymère de synthèse d'une classe résistant aux hautes températures, à l'usure et à la corrosion, utilisé principalement comme revêtement ou film sur une substance de substrat. Bien que, pour des raisons de concision, la présente description utilise Kapton® en tant qu'exemple de film de polyimide, rien dans les présentes ne limite l'invention à l'utilisation d'un film de polyimide particulier tel qu'un ruban Kapton®. Bien que, parmi tous les isolants de fils actuellement disponibles, Kapton® possède la plus grande rigidité diélectrique, celui-ci présente des faiblesses inhérentes. Kapton® absorbe facilement l'eau (il est hydroscopique), puis se dégrade rapidement. L'adhésif utilisé pour fixer le ruban Kapton® sur le fil peut également se délaminer aux températures extrêmes rencontrées dans les puits profonds. Le fil magnétique enveloppé avec du ruban Kapton est également susceptible de subir des dommages pendant le transport.
Une autre isolation actuellement disponible pour le fil magnétique est l'isolation par polymère thermoplastique organique, tel que le PEEK (polyétheréthercétone). Bien que le PEEK ait une rigidité diélectrique suffisante à température ambiante, celle-ci chute rapidement lorsqu'il est utilisé à une température supérieure à 500 °F. Les températures du moteur dans les puits à haute température peuvent dépasser 550 °F. De ce fait, le PEEK n'est pas l'isolant de fils idéal pour une utilisation dans les moteurs ESP.
Par conséquent, un système et un procédé pour produire une isolation de fils magnétiques améliorée qui soit plus imperméable à l'eau, durable pendant l'expédition et également fiable aux températures élevées pour les applications ESP s’avèrent nécessaires.
BREF RÉSUMÉ DE L’INVENTION
Un ou plusieurs modes de réalisation de l'invention permettent un système et un procédé pour une isolation de fils magnétiques améliorée pour des applications ESP.
Une description d'un système et d'un procédé pour une isolation de fils magnétiques améliorée est fournie. Un mode de réalisation illustratif d'un procédé de fabrication d'une isolation de fils magnétiques améliorée adaptée à une application de moteur submersible 5 électrique comprend le tréfilage d'un fil magnétique en cuivre à la bonne taille, le nettoyage du fil magnétique en cuivre, la traction du fil magnétique en cuivre à travers une machine d’emballage avec du polyimide et le placement du fil magnétique en cuivre emballé autour d'une bobine, le chauffage du fil magnétique en cuivre emballé en déroulant le fil magnétique emballé à travers un tube comprenant une bobine d'induction, le retrait de l'humidité du fil magnétique en cuivre 10 emballé et chauffé en créant au moins un vide partiel à l'intérieur du tube, la nouvelle traction du fil magnétique en cuivre emballé à travers un moule d’extrusion après avoir enlevé l’humidité, l’application du PEEK fondu sur le fil magnétique en cuivre emballé pour produire un fil magnétique amélioré, et l’enroulement du fil magnétique amélioré dans un moteur à induction à utiliser pour faire fonctionner une pompe submersible électrique. Dans certains modes de 15 réalisation, le chauffage du fil magnétique emballé comprend le chauffage du fil magnétique emballé à une température de 300 °F. Dans certains modes de réalisation, le chauffage du fil magnétique emballé comprend le glissement du fil magnétique emballé à travers un intérieur de la bobine d'induction. Dans certains modes de réalisation, le vide au moins partiel est créé à l'intérieur du tube par une pompe à vide couplée à un intérieur du tube. Dans certains modes de 20 réalisation, le vide au moins partiel se situe dans un espace entre le fil magnétique emballé et un diamètre interne du tube. Dans certains modes de réalisation, le procédé comprend en outre la fermeture d'une extrémité du tube avec un bouchon en caoutchouc pour empêcher au moins partiellement que l'air ne pénètre dans le tube. Dans certains modes de réalisation, l’enroulement du fil magnétique amélioré dans le moteur à induction comprend en outre l'enroulement du fil 25 magnétique amélioré à travers des fentes ouvertes d'un stator du moteur à induction, les fentes ouvertes ayant un espace vide autour du fil magnétique amélioré. Dans certains modes de réalisation, le procédé comprend en outre le refroidissement du moteur à induction par convection en permettant à l'huile moteur de s’écouler à travers l'espace vide dans les fentes ouvertes autour du fil magnétique amélioré. Dans certains modes de réalisation, le fil magnétique amélioré 30 enroulé est adapté pour une utilisation à des températures d'environ 550 degrés Fahrenheit lorsque le moteur à induction est utilisé pour faire fonctionner la pompe électrique submersible.
Un mode de réalisation illustratif d'un système de fabrication d’une isolation de fil magnétique améliorée adaptée à une application sur moteur submersible électrique comprend une extrudeuse de fil PEEK, un tube s'étendant entre l'extrudeuse de fil PEEK et une bobine comprenant un fil magnétique de cuivre emballé avec du polyimide, le tube comprenant une bobine d'induction à l'intérieur du tube, une pompe à vide couplée fonctionnellement à l'intérieur 5 du tube, un côté bobine du tube comprenant un bouchon, le bouchon ayant une ouverture s'étendant à travers le bouchon, le fil magnétique de cuivre emballé avec du polyimide s'étendant à partir de la bobine, à travers l'ouverture dans le bouchon, à travers le tube, et dans l'extrudeuse de fil PEEK. Dans certains modes de réalisation, le tube possède au moins un vide partiel à l'intérieur du tube entre le fil magnétique en cuivre emballé avec du polyimide et un diamètre 10 interne du tube. Dans certains modes de réalisation, le fil magnétique en cuivre emballé avec du polyimide s'étend à travers un intérieur de la bobine d'induction lorsque le fil magnétique en cuivre emballé avec du polyimide s'étend à travers le tube.
Le moteur à induction du système d'un mode de réalisation illustratif peut 15 comprendre une variété de types de moteurs connus dans l'état de l'art pour une utilisation en tant que moteurs électriques submersibles. Par exemple, un moteur à induction triphasé « en cage d'écureuil », bien connu dans l'état de l'art, ainsi que des moteurs à aimants permanents (PM). Ces moteurs, ainsi que d'autres, pouvant être utilisés avec un ensemble ESP, peuvent bénéficier de l'isolation améliorée des fils magnétiques du système et du procédé de l'invention.
Dans d'autres modes de réalisation, des caractéristiques de modes de réalisation spécifiques peuvent être combinées avec des caractéristiques d'autres modes de réalisation. Par exemple, des caractéristiques d'un mode de réalisation peuvent être combinées avec des caractéristiques de l'un quelconque des autres modes de réalisation. Dans d'autres modes de 25 réalisation, des caractéristiques supplémentaires peuvent être ajoutées aux modes de réalisation spécifiques décrits dans les présentes.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
Les aspects, caractéristiques et avantages ci-dessus et autres de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description plus détaillée qui suit, présentée 30 conjointement avec les dessins suivants, dans lesquels :
La FIG. 1 est un organigramme illustrant un procédé exemplaire de fabrication d’une isolation de fil magnétique améliorée pour une utilisation dans un système de pompe submersible électrique (ESP).
La FIG. 2A illustre une vue en coupe prise le long de la ligne 2A-2A de la FIG.
d’un moteur ESP contenant un certain nombre de fentes comprenant les fils magnétiques améliorés exemplaires utilisant l'isolation d'un ou plusieurs modes de réalisation illustratifs.
La FIG. 2B montre le détail d'une seule fente de fil de la FIG. 2A comprenant des fils magnétiques améliorés exemplaires utilisant l'isolation d’un mode de réalisation illustratif.
La FIG. 2C montre une vue en coupe prise le long de la ligne 2C-2C de la FIG. 2B illustrant une combinaison de couches d’isolation d'un exemple de fil magnétique.
La FIG. 3 illustre un exemple de moteur à induction triphasé ESP à utiliser dans un ou plusieurs modes de réalisation illustratifs.
La FIG. 4 illustre graphiquement un exemple d’ensemble ESP déployé sous terre, l'ESP comprenant un ou plusieurs modes de réalisation du fil magnétique amélioré d'un mode de réalisation illustratif.
La FIG. 5 est une représentation schématique d'un système de chauffage à bobme d'induction d'un mode de réalisation illustratif.
Alors que l'invention est susceptible de comporter diverses modifications et de se présenter sous des formes alternatives, les modes de réalisation spécifiques de celle-ci sont représentés à titre d'exemple sur les dessins et peuvent être décrits en détail dans les présentes. Les dessins peuvent ne pas être à l'échelle. Il faut comprendre, cependant, que les modes de réalisation décrits dans les présentes et représentés sur les dessins ne visent pas à limiter l'invention à la forme particulière décrite ; au contraire, l'intention est de couvrir l’ensemble des modifications, équivalents et alternatives entrant dans le cadre de la présente invention telle que définie par les revendications en annexe.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE
Un système et un procédé pour une isolation de fils magnétiques améliorée vont être décrits ci-dessous. Dans la description exemplaire suivante, de nombreux détails spécifiques sont présentés afin de fournir une compréhension plus complète des modes de réalisation de l'invention. Il sera cependant manifeste pour l'homme du métier que la présente invention peut être mise en œuvre sans incorporer tous les aspects des détails spécifiques décrits dans les présentes. Dans d'autres cas, des caractéristiques, des quantités ou des mesures spécifiques bien connues de l'homme du métier n'ont pas été décrites en détail pour ne pas compliquer inutilement la compréhension de l'invention. Les lecteurs doivent noter que, bien que des exemples de l’invention soient exposés dans les présentes, les revendications, et la globalité de tous les équivalents, sont ce qui définit les limites et frontières de l'invention.
Le terme « couplé » désigne une connexion directe ou à une connexion indirecte (par exemple, au moins une connexion intermédiaire) entre un ou plusieurs objets ou composants. L'expression « directement fixé » signifie une connexion directe entre des objets ou des composants.
Un ou plusieurs modes de réalisation de l'invention fournissent un système et un procédé pour une isolation de fil magnétique améliorée pour une utilisation dans des applications de pompes submersibles électriques (ESP). Bien que l'invention soit décrite en tant que mode de réalisation de pompage de pétrole ou de gaz, rien dans le présent document ne vise à limiter l'invention à ce mode de réalisation.
Le système selon l'invention comprend un système ESP. Le système ESP d'un mode de réalisation illustratif comprend un fil magnétique 250 (représenté sur la FIG. 2C), une isolation améliorée pour le fil magnétique 230, 240 (représenté sur la FIG. 2C), une pompe 420 (représentée sur la FIG. 3) et un moteur submersible électrique 300 (représenté sur 1a. FIG. 3). La FIG. 1 illustre un ou plusieurs procédés de fabrication d'une isolation de fil magnétique améliorée pour une utilisation dans un système ESP. A l'étape 100, le fil magnétique en cuivre 250 peut être tréfilé pour être dimensionné et nettoyé en utilisant des procédés connus dans l'état de l'art. A l'étape 110, le fil magnétique en cuivre 250 peut être tiré à. travers une machine d’emballage avec du film de polyimide (ruban) pour enrouler le fil magnétique en cuivre 250. Le ruban de polyimide 230 peut contenir un adhésif sur sa surface, ou l’adhésif peut être appliqué séparément. Cet adhésif entre en contact avec le fil magnétique 250 et peut être activé par la chaleur, fournissant une liaison avec le fil magnétique 250. Le poly(4,4'-oxydiphénylène pyromellitimide), également connu sous le nom de Kapton®, représente un type de ruban de polyimide 230 qui peut être utilisé. Divers types de rubans de polyimide 230 peuvent convenir, tels que les types de ruban Kapton® FN, HN et HPP-ST, par exemple. D'autres rubans de polyimide ayant des propriétés chimiques similaires peuvent également être utilisés.
Bien que le ruban de polyimide 230 ait la plus grande rigidité diélectrique parmi toutes les isolations de fil actuellement disponibles, il présente des inconvénients mécaniques significatifs lorsqu'il est utilisé dans des applications ESP. En premier lieu, le ruban de polyimide 230 est hygroscopique (il absorbe facilement l'eau) et se dégrade en présence d'eau. Dans un puits profond, tel qu'un puits de pétrole ou de gaz, il est possible que de petites quantités d'eau pénètrent dans le moteur, rendant l'isolation par ruban de polyimide 230 vulnérable à un court-circuit, qui constitue une défaillance critique du système. Comme le moteur ESP se trouve dans les profondeurs d'un puits de pétrole, de telles pannes sont catastrophiques. Un autre problème connu avec l'isolation par ruban de polyimide 230 réside dans le fait que celui-ci peut se délaminer à des températures extrêmement élevées, par exemple au-delà de 300 degrés Fahrenheit. De plus, le transport du fil magnétique 250 avec une isolation en polyimide 230 peut provoquer des entailles ou des perforations dans l’isolation en polyimide 230, réduisant sa durée de vie et son efficacité. En outre, des vibrations excessives peuvent également affaiblir l'adhésif du ruban de polyimide 230. Cet inconvénient mécanique du polyimide peut provoquer le desserrement du ruban et provoquer un court-circuit direct dans le moteur 300. Enfin, si le fil 250 n'est pas parfaitement propre lorsque le ruban de polyimide 230 est appliqué, l'adhésif n'adhérera pas correctement et le polyimide 230 peut être facilement endommagé pendant l'enroulement, ce qui peut également conduire à un court-circuit dans l'enroulement.
Pour surmonter ces inconvénients, ainsi que d'autres, du ruban de polyimide 230, par exemple, à l'étape 120, le fil magnétique emballé avec du polyimide 250 est ensuite à nouveau tréfilé à travers un moule d’extrusion (matrice) pour appliquer un polymère thermoplastique organique 240, tel que du PEEK fondu (polyétheréthercétone) au fil emballé, en créant un fil 220 doublement isolé. D'autres polymères thermoplastiques organiques ayant des propriétés chimiques similaires à celles du PEEK peuvent également être utilisés.
Il faut prendre soin d'empêcher l'air et l'humidité d'être piégés entre le ruban de polyimide 230 et les couches de polymère thermoplastique 240. Le ruban de polyimide 230 contient un très faible pourcentage d'humidité en raison de sa composition chimique. Lorsque le ruban de polyimide 230 est chauffé dans le moteur 300, l'un des problèmes qui peut survenir est que l'humidité contenue dans le ruban de polyimide 230 s'évapore et peut provoquer une boursouflure ou un gonflement de la couche de polymère thermoplastique 240. La boursouflure et/ou le gonflement peuvent provoquer de manière indésirable des éclatements dans le polymère thermoplastique 240. Pour résoudre ce problème, lors de l'étape de chauffage 115, le fil magnétique 250 emballé avec du polyimide 230 peut être chauffé à 300 °F en utilisant une bobine d'induction 500 (représentée sur la FIG. 5), avant que le fil magnétique 250 n'entre dans le moule d'extrusion (extrudeuse) 505 de polymère thermoplastique 240 (représenté sur la FIG. 5). Il est donc possible de réaliser l’évaporation de toute l'humidité ou sensiblement toute l'humidité d'un ruban de polyimide 230 avant l'extrusion du polymère thermoplastique 240, tel que le PEEK, sur une couche de ruban de polyimide 230. Le fil magnétique emballé 250 peut être placé autour de la bobine 525 (représentée sur la FIG. 5) pour faciliter la manipulation du fil magnétique enroulé 250 mesurant plusieurs milliers de pieds.
La FIG. 5 illustre un système de chauffage à bobine d'induction de modes de réalisation illustratifs. La bobine d'induction 500 peut être placée à l'intérieur du tube métallique
535 qui est boulonné à l'extrudeuse 505. Le tube 535 peut mesurer environ quatre pieds de longueur et trois pouces de diamètre. La bobine d'induction 500 peut être une bobine de résistance électrique d’environ un pouce de longueur qui se branche dans une prise 220V. La bobine d'induction 500 peut s'étendre autour du diamètre interne du tube 335, entourant le fil magnétique 25 250 lorsque le fil magnétique 250 est amené à travers l'intérieur du tube 535. L'entrée du tube 535 sur le côté bobine du tube 535 peut comprendre un bouchon en caoutchouc 520 avec une ouverture centrale juste assez grande pour que le fil magnétique emballé 250 passe à travers le bouchon 520 et dans le tube 535. Le bouchon en caoutchouc 520 peut empêcher l'air d'entrer dans le tube 535. Dans un exemple illustratif, le tube 535 peut avoir un diamètre d'environ trois pouces 30 pour un fil magnétique emballé 250 ayant un diamètre d’environ 0,09 à 0,125 pouce. Le tube 535 ayant un diamètre supérieur au fil magnétique emballé 250 peut fournir un espace à l'intérieur du tube 535 qui permet d'obtenir un vide satisfaisant sans amener d'air extérieur. Une petite pompe à vide 510 peut être couplée au tube 535 par un tuyau 575 pour éliminer l'air et l'humidité du tube intérieur 535 et contribuer à l’amélioration de l'élimination de l'humidité du ruban de polyimide 230. Un simple vide partiel peut être nécessaire pour obtenir l'élimination d'humidité souhaitée. Un fil magnétique 250 emballé avec du polyimide 230 peut être introduit dans le tube 535 à partir de la bobine 525. La bobine 525 peut contenir un fil magnétique emballé 250 mesurant plusieurs milliers de pieds. Lorsque le fil magnétique 250 emballé avec du polyimide 230 passe à travers l'intérieur de la bobine d'induction 500 et/ou du tube 535, l'humidité peut être éliminée de la couche de polyimide 230. Le fil magnétique emballé 250, débarrassé de l'humidité, peut ensuite pénétrer dans l'extrudeuse 505 pour l'ajout de la couche d'isolation PEEK 240.
En revenant à la FIG. 1, à l'étape 130, la matrice PEEK force le polymère thermoplastique organique fondu 240 à s’enrouler autour de la couche de ruban de polyimide 230, en scellant le ruban de polyimide 230 et en créant un fil magnétique amélioré 220. Dans un exemple illustratif, des pastilles de PEEK peuvent être placées dans la trémie à pastilles 530 pour l'extrusion du polymère thermoplastique 240 sur la couche de polyimide 230 dans l'extrudeuse 505. A l'étape 140, le fil magnétique amélioré peut désormais être enroulé sur le moteur 300 d'une manière conventionnelle et être utilisé pour des applications ESP.
Dans le procédé d'un mode de réalisation illustratif, il convient de noter qu'il est possible d'épisser ensemble deux morceaux de fil magnétique amélioré 220 et de toujours avoir un revêtement d'isolation homogène, sans soudure, sur le ruban de polyimide 230 sousjacent. Pour ce faire, un tube rétractable PEEK, par exemple, peut être glissé sur l'un des fils magnétiques améliorés 220 à épisser. Ensuite, les extrémités des deux fils magnétiques améliorés 220 peuvent être forcées ensemble en utilisant une presse et des filières appropriées avec une force suffisante pour souder à froid les fils magnétiques améliorés 220. La bavure qui en résulte peut être abrasée en douceur et le ruban de polyimide 230 peut être appliqué sur le fil nu. Le tube rétractable PEEK peut ensuite être glissé (et centré) sur l'épissure. Enfin, un petit chauffage en « coquille de palourde » ou un dispositif similaire peut être placé autour de l'épissure. Le chauffage peut alors être allumé jusqu'à ce que la température à proximité de l'épissure atteigne 700 °F. Le chauffage doit alors être immédiatement arrêté et retiré. La température de 700 °F est significative car, à cette température, le tube rétractable PEEK (et ceux ayant d'autres propriétés chimiques similaires) (et le PEEK sur le fil) se solidifiera et fusionnera, créant une épissure homogène.
La FIG. 2A illustre en détail un ou plusieurs agencements d’enroulements de fil de cuivre isolés avec l'isolation de fil magnétique améliorée selon les modes de réalisation illustratifs. La FIG. 2A est une coupe transversale suivant la ligne 2A-2A de la FIG 3 et montre une vue en coupe transversale du stator 320 englobant l'ensemble de rotor 330. Des polymères 5 thermoplastiques organiques 240, tels que par exemple le PEEK, peuvent être utilisés pour créer une isolation de fil qui n'est pas affectée par l'eau et qui n'a pas de problèmes de liaison. Les polymères thermoplastiques organiques 240, tels que le PEEK, ont un faible coefficient de frottement qui offre un avantage lors de l'enroulement du stator 320. Le PEEK est également en mesure de bien supporter le transport et l'enroulement car il ne comporte pas de coutures ou 10 d’emballages ; il n'est donc pas facilement endommagé lors du transport ou de l'enroulement.
Cependant, le PEEK seul n'est pas avantageux pour l'isolation des fils magnétiques pour les applications ESP car sa rigidité diélectrique chute rapidement au-dessus de 500 °F.
Le fil magnétique amélioré 220 selon les modes de réalisation illustratifs allie 15 les avantages d'une qualité et d'une fiabilité d'isolation grandement améliorées. Le fil magnétique amélioré 220 présentera une surface dure et lisse de sorte qu'un remplissage avec du vernis ou de l'époxy ne sera peut-être plus nécessaire pour remplir les fentes de stator 200, car le frottement ne constituera peut-être plus un problème. De plus, cet avantage permet de gagner du temps et de réduire les coûts de production. Le coefficient de frottement inférieur d'un polymère 20 thermoplastique organique 240 peut améliorer le processus d'enroulement, par exemple en facilitant l'insertion du fil magnétique amélioré 220 dans les fentes de stator 200, réduisant les dommages potentiels subis par le fil pendant le processus d'enroulement et les efforts physiques que le personnel devra fournir au cours du processus d'enroulement. Le fil magnétique amélioré 220 qui en résulte peut, et cela est important, être plus imperméable à l'eau que le fil isolé avec 25 l'une ou l'autre isolation antérieure seule. Lorsqu'il est combiné dans un système comportant un moteur à induction triphasée, un moteur à aimant permanent (PM) ou autre moteur 300 pour des applications ESP, ce procédé produit un système amélioré pour extraire le pétrole ou le gaz d'un puits de production. Ce procédé, et d'autres modes de réalisation de celui-ci tels qu'envisagés par l'homme du métier utilisant ces matériaux, peuvent produire un fil magnétique amélioré 220 qui 30 peut ensuite être enroulé sur le moteur 300 et utilisé pour des applications ESP avec une fiabilité accrue par rapport aux solutions précédentes.
La FIG. 2B illustre le détail d'une fente exemplaire de la FIG. 2A. Un exemple de fil magnétique amélioré 220 est représenté dans la fente 200 de la FIG. 2B. Le fil magnétique 250 est représenté protégé par deux couches d'isolation, comme dans un ou plusieurs modes de réalisation illustratifs, pour former un fil magnétique amélioré 220. Le fil magnétique amélioré 220 peut être protégé en utilisant une combinaison de couches de l'isolation de fil magnétique améliorée selon un ou plusieurs modes de réalisation de l'invention. Le polymère thermoplastique organique 240, tel que le PEEK, peut fournir une résistance à l'abrasion améliorée au fil magnétique 220. Il en résulte que les fentes 200 peuvent être « ouvertes » sans vernis ou époxy emplissant l'espace 225 dans des fentes 200 qui ne sont pas occupées par le fil magnétique amélioré 220. Ainsi, les fentes 200 peuvent comprendre des vides qui permettent à l'huile de 10 moteur de se déplacer librement à travers les espaces 225 dans les fentes 200. L'huile de moteur se déplaçant à travers les fentes ouvertes 200 peut permettre au moteur 300 de refroidir par convection, provoquant le refroidissement du moteur 300 par rapport au moment où un isolant tel qu'un vernis ou un époxy remplit les fentes 200.
La FIG. 2C montre une coupe transversale à travers la ligne 2C-2C de la FIG.
2B du fil magnétique amélioré 220. Le fil magnétique en cuivre 250 est enfermé dans un ruban de polyimide 230, qui est lui-même enfermé dans un polymère thermoplastique organique 240 pour produire un ou plusieurs modes de réalisation du fil magnétique amélioré 220 selon les modes de réalisation illustratifs. Des modes de réalisation illustratifs du fil magnétique amélioré 220 20 peuvent être appropriés pour une utilisation à des températures de 550 °F et/ou environ 550 °F, par exemple lorsque le moteur 300 est utilisé pour faire fonctionner une pompe submersible électrique 420 dans le fond d’un puits de pétrole et/ou de gaz. Les avantages de l'isolation améliorée et du procédé et du système décrits dans les présentes ne sont pas limités à une couche unique de chaque type d'isolation et l'homme du métier pourrait envisager des extensions logiques 25 de ceux-ci, qui sont tous des modes de réalisation selon l'invention.
La FIG. 3 illustre un exemple d'ESP utilisant un moteur à induction triphasé
300 destiné à être utilisé dans le système selon les modes de réalisation illustratifs. Bien que les modes de réalisation ne soient pas limités à une utilisation dans un moteur à induction triphasé 30 300, un tel moteur peut être utilisé dans le système selon l'invention pour améliorer les avantages de l'isolation du fil magnétique amélioré 220. Le moteur à induction triphasé 300 du système selon l'invention peut être, par exemple, un moteur à induction triphasé en « cage d'écureuil » qui
I
Iz.
est bien connu dans l'état de l'art. Dans certains modes de réalisation, le fil magnétique amélioré 220 peut être enroulé à la main sur le moteur 300. Le moteur 300 du système selon l'invention peut fonctionner à une puissance allant de 15 à 1 000 chevaux, bien que l'invention ne soit pas limitée à cet exemple. Les bobines d'extrémité 340 et le fil conducteur principal 350 sont également représentés. Le fil conducteur principal 350 se connecte au câble d'alimentation 470 (représenté sur la FIG. 4) pour le moteur 300.
La FIG. 4 fournit une illustration graphique d'un exemple de système ESP 400 agencé pour pomper du gaz et/ou du pétrole et utilisant l'isolation du fil magnétique amélioré 220 selon les modes de réalisation illustratifs. Comme illustré, le système comprend en outre un câble d'alimentation 470, une chaîne de production 410, une pompe centrifuge multicellulaire 420, un séparateur de gaz (non représenté), une admission 430, un ou plusieurs joints 440 (protecteurs de moteur), des capteurs de fond de puits 460 et des moteurs tels que le moteur 300 utilisant un fil magnétique amélioré 220. Les dimensions de boîtier pour l'ESP illustré peuvent aller d'environ 4,5 pouces à 9 pouces de diamètre extérieur, bien que des modes de réalisation illustratifs ne soient pas limités à ces exemples.
La durée de vie du système ESP 400 peut être directement liée à la qualité et à la fiabilité du câble d'alimentation 470. Les câbles d'alimentation 470 pour le système selon l'invention peuvent être ronds ou plats et configurés pour fonctionner à des températures allant d'environ -60 °F à environ 450 °F. Les câbles d'alimentation du système doivent fournir une longévité et une fiabilité extrêmes dans des conditions incluant la résistance à la décompression et à la fatigue avec des barrières résistantes à la corrosion qui résistent aux fluides et aux gaz. Les câbles fabriqués selon les normes ISO 9001 peuvent être préférés dans un ou plusieurs modes de réalisation illustratifs.
Le système selon les modes de réalisation illustratifs peut, de manière alternative, comprendre un moteur à aimant permanent (PM). Les moteurs PM utilisent un stator bobiné qui peut bénéficier du fil magnétique isolé amélioré décrit dans les présentes. De tels moteurs sont bien connus dans l'état de l'art. D'autres moteurs appropriés pour des applications ESP peuvent également être utilisés dans le cadre du système selon les modes de réalisation illustratifs.
D'autres modifications et variantes de modes de réalisation de divers aspects de l'invention peuvent sembler évidentes pour l'homme du métier au vu de la présente description. En conséquence, la présente description doit être interprétée comme ayant uniquement une vocation d'illustration, et a pour but d'enseigner à l'homme du métier la manière générale de 5 réaliser l'invention. Il doit être entendu que les formes de l'invention présentées et décrites dans les présentes doivent être considérées comme les modes de réalisation actuellement préférés. Des éléments et des matériaux peuvent être substitués à ceux illustrés et décrits dans les présentes, des pièces et des processus peuvent être inversés, et certaines caractéristiques de l'invention peuvent être utilisées de manière indépendante, tout cela étant évident pour l’homme du métier après avoir 10 bénéficié de la présente description de l'invention. Des changements peuvent être apportés aux éléments décrits dans les présentes sans s'écarter de la portée et de la liste des équivalents tels que décrits dans les revendications suivantes. De plus, il doit être entendu que des caractéristiques décrites dans les présentes peuvent être combinées de manière indépendante dans certains modes de réalisation.

Claims (9)

  1. REVENDICATIONS
    1. Procédé de fabrication d'une isolation de fils magnétiques améliorée convenant pour une application sur moteur submersible électrique, le procédé comprenant les étapes de :
    tréfiler(lOO) un fil magnétique (250) en cuivre ;
    nettoyer (100) le fil magnétique en cuivre ;
    tirer (110) le fil magnétique en cuivre à travers une machine d’emballage avec du polyimide (230) pour produire un fil magnétique en cuivre emballé et placer le fil magnétique en cuivre emballé autour d'une bobine (525) ;
    chauffer (115) le fil magnétique en cuivre emballé en déroulant le fil magnétique emballé à travers un tube (535) comprenant une bobine d'induction (500);
    enlever (115) l'humidité du fil magnétique en cuivre chauffé et emballé en créant au moins un vide partiel à l'intérieur du tube ;
    tirer (120) à nouveau le fil magnétique en cuivre emballé à travers un moule d'extrusion (505) après que l'humidité a été enlevée, appliquer (130) du PEEK fondu sur le fil magnétique en cuivre emballé pour produire un fil magnétique amélioré (220) ; et enrouler (140) le fil magnétique amélioré dans un moteur à induction (300) destiné à faire fonctionner une pompe submersible électrique (420).
  2. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le chauffage (115) du fil magnétique (250) emballé comprend le chauffage du fil magnétique emballé à une température de 300 °F.
  3. 3. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le chauffage (115) du fil magnétique emballé comprend le glissement du fil magnétique (250) emballé à travers l'intérieur de la bobine d'induction (500).
  4. 4. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le vide au moins partiel est créé à l'intérieur du tube (535) par une pompe à vide (510) couplée avec l'intérieur du tube, et dans lequel le vide au moins partiel est dans un espace entre le fil magnétique (250) emballé et un diamètre intérieur du tube.
  5. 5. Procédé selon la revendication 1, comprenant en outre la fermeture d’une extrémité du tube (535) avec un bouchon en caoutchouc (520) pour empêcher au moins
    5 partiellement l'air de pénétrer dans le tube.
  6. 6. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le fait d'enrouler le fil magnétique amélioré (220) dans le moteur à induction (300) comprend en outre l'enroulement du fil magnétique
    10 amélioré à travers des fentes (200) ouvertes d'un stator (320) du moteur à induction, les fentes ouvertes ayant un espace (225) vide autour du fil magnétique amélioré, et dans lequel le procédé comprend le fait de refroidir le moteur à induction par convection en permettant à l’huile moteur de s'écouler à travers l'espace vide dans les fentes 15 ouvertes autour du fil magnétique amélioré.
  7. 7. Système pour fabriquer une isolation de fils magnétiques améliorée adaptée pour une application sur moteur submersible électrique, le système comprenant :
    une extrudeuse (505) à fil PEE K ;
    20 un tube (535) s'étendant entre l'extrudeuse à fil PEEK et une bobine (525) comprenant un fil magnétique (250) en cuivre emballé avec du polyimide (230) ;
    le tube comprenant :
    une bobine d'induction (500) à l'intérieur du tube ;
    une pompe à vide (510) couplée fonctionnellement avec l'intérieur du 25 tube ;
    un côté de bobine du tube comprenant un bouchon (520), le bouchon ayant une ouverture s'étendant à travers le bouchon ;
    dans lequel le fil magnétique en cuivre emballé avec du polyimide s'étend à partir de la bobine, à travers l'ouverture dans le bouchon, à travers le 30 tube et dans l'extrudeuse à fil PEEK.
  8. 8. Système selon la revendication 7, dans lequel le tube (535) possède au moins un vide partiel à l'intérieur du tube entre le fil magnétique (250) en cuivre emballé avec du polyimide (230) et un diamètre interne du tube.
  9. 9. Système selon la revendication 7, dans lequel le fil magnétique (250) en cuivre emballé avec du polyimide (230) s'étend à travers un intérieur de la bobine d'induction (500) lorsque 5 le fil magnétique en cuivre emballé avec du polyimide s'étend à travers le tube (535).
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