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350 kg
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de 204 mm
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1,83 mm
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50 percent de
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0,5 mm
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0,1 mm
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de 0,025 mm
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copper
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SEMI
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Disease
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TORSADE
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Tic
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Polymer
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Polypropylene
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Ethylene-propylene
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Publication
_________________________________________________________________
Number FR2522438A1
Family ID 2067660
Probable Assignee Biw Cable Systems Inc
Publication Year 1983
Title
_________________________________________________________________
FR Title CABLE ELECTRIQUE DESTINE A ETRE UTILISE DANS DES PUITS DE
PETROLE
Abstract
_________________________________________________________________
CE CABLE ELECTRIQUE DESTINE A ETRE UTILISE DANS DES PUITS DE PETROLE
ET AUTRES ENVIRONNEMENTS AGRESSIFS COMPREND UN OU PLUSIEURS ELEMENTS
CONDUCTEURS 12 EN copper MASSIF OU TORSADE DONT CHACUN EST RECOUVERT
TOUT D'ABORD D'UNE COUCHE ISOLANTE 14 EN UN ISOLANT HAUTE TEMPERATURE.
LA COUCHE ISOLANTE 14 EST RECOUVERTE D'UNE BARRIERE METALLIQUE FORMEE
DE RUBANS OU DE PELLICULES 16, 18 ENROULES HELICOIDALEMENT QUI PEUVENT
ETRE REVETUS D'UN ADHESIF. PAR DESSUS LA BARRIERE METALLIQUE 16, 18
EST FORMEE UNE COUCHE SEMI-CONDUCTRICE 20 QUI EST A SON TOUR ENFERMEE
DANS UNE GAINE DE PROTECTION 22. LA COUCHE SEMI-CONDUCTRICE ASSURE UN
AMORTISSEMENT ET UNE LIAISON ELECTRIQUE ENTRE LA BARRIERE METALLIQUE
ET LA GAINE DE PROTECTION.
Description
_________________________________________________________________
La presente invention est relative a un ctble electrique destine a
etre
utilise dans un environnement
agressif, par exemple dans un puits de petrole.
Il existe peu d'environnements plus agressifs pour un cable electrique
d'un puits de petrole Il est
toutefois souvent necessaire d'utiliser des cables des-
cendant dans des puits de petrole pour des appareils
tels que des pompes immergees, des appareils de diagra-
phie et differentes autres fonctions.
Parmi les elements potentiellement destructeurs auxquels ces ebles
sont exposes figurent les gaz et les pressions hydrostatiques qui
peuvent depasser 350 kg/em 2 dans des puits ayant des profondeurs de
l'ordre de 3. 000 metres Ces pressions forcent les gaz et les fluides
a penetrer l'isolant du cable, et les cables qui sont
retires de ces puits presentent souvent des deteriora-
tions et des ruptures qui provoquent la defaillance du cable. Lorsque
des cables sont exposes a une telle penetration des fluides pendant de
longues periodes, il en resulte une deterioration des proprietes
electriques
de l'isolant Un expedient qui a ete utilise pour reme-
dier partiellement a ces conditions est un isolant a fai-
ble permeabilite Un tel isolant permet aux gaz qui sont rassembles
dans le cable de s'echapper dans l'atmosphere lorsque le cable est
retire de l'environnement a haute
pression du puits de petrole.
Une autre technique utilisee pour empecher l'intrusion des gaz et de
l'humidite consiste a recouvrir les cables d'un materiau tel que du
plomb Cependant de tels revetements sont assez facilement rendus
fragiles ou autrement deteriores par flexion et manipulation On a
obtenu un certain succes en utilisant un melange de caout-
chouc nitrile du type a faible coefficient de gonflement et resistant
au petrole en combinaison avec un chemisage metallique Meme si des
ouvertures se forment dans le chemisage de metal, la combinaison
demeure relativement efficace. En plus des problemes de penetration
des gaz, les fluides que l'on trouve dans les puits et dans les
materiaux de forage qui sont utilises sont souvent corro-
sifs ou abrasifs a un degre eleve Differents materiaux ont ete adoptes
pour empecher la penetration des fluides dans les cables utilises dans
les puits de petrole, et ces materiaux s'etendent des techniques
classiques
de blindage a une mise sous pression interne pour resis-
ter a cette penetration des fluides destructeurs prove-
nant du puits Une technique utilisee consiste a enrouler un ruban de
metal ou de matiere plastique par-dessus la
couche d'isolant, ce ruban enfermant a son tour le con-
ducteur actif Le ruban de metal est ensuite habituelle-
ment recouvert d'un materiau isolant qui est a son tour
protege par une enveloppe de protection En depit de l'uti-
lisation d'un tel agencement complique et relativement couteux, la
corrosion chimique et electrolytique des elements metalliques se
produit souvent, en particulier lorsqu'un cable est laisse dans un
puits pendant des
periodes prolongees Cette corrosion commence habituelle-
ment a la couche externe mais progresse rapidement a
travers le metal pour provoquer le claquage du cable.
L'invention a en consequence principalement pour but de perfectionner
les cbles electriques destines a etre utilises dans les puits de
petrole,
-d'augmenter la resistance des cables electri-
ques a la penetration par les gaz; -d'augmenter la resistance a la
penetration de l'humidite dans les cables electriques;
-d'augmenter la resistance des dcbles electri-
ques a la corrosion chimique et electrolytique; -de prolonger la duree
de vie et d'ameliorer
les performances des cbles utilises dans les forages.
Suivant l'invention un cable caracteristique destine a etre utilise
dans un puits de petrole comprend
plusieurs conducteurs principaux, habituellement en cui-
vre massif ou torsade, chacun de ces conducteurs etant enferme dans
une enveloppe d'un isolant haute-temperature par-dessus lequel est
formee une barriere de metal La
barriere peut consister en un ruban revetu d'un adhe-
sif et enroule helicoidalement par-dessus l'isolant.
On peut utiliser une seule couche d'un ruban enroule helicoidalement
et se recouvrant lui-meme sur 2/3 ou plus de sa largeur En variante on
peut utiliser deux de ces rubans enroules helicoidalement dans le meme
sens
ou dans des sens opposes et se recouvrant chacun lui-
mime sur 50 percent ou plus de sa largeur Dans certaines applica-
tions on peut utiliser plus de deux rubans Les rubans sont
relativement minces et le revetement d'adhesif est applique sur l'une
des faces des rubans ou sur les deux. En variante on enroule de minces
pellicules de
metal revetues d'un adhesif dans le sens longitudi-
nal suivant une configuration a recouvrement par-dessus l'isolant
Suivant l'adhesif particulier utilise, le ruban ou la pellicule peut
etre chauffe a une temperature
de 14800 ou plus pour reunir les couches en une cou-
che composite multiple.
Par-dessus la barriere de metal ainsi formee
on extrude un melange de caoutchouc synthetique semi-
conducteur Les trois conducteurs ainsi traites de la facon decrite
sont assembles suivant une configuration soit de section circulaire
soit plate qui est ensuite recouverte
d'une gaine externe deprotection Le materiau semi-conduc-
teur dispose sur les conducteurs individuels sert non
seulement d'amortisseur contre la gaine externe de protec-
tion mais sert egalement a relier electriquement la barrie-
re metallique a la gaine Le contact electrique continu assure par le
melange semi-conducteur sur toute la longueur du cable sert a empecher
la concentration de courants de
fuite localises qui pourrait provoquer une corrosion elec-
trolytique et une deterioration du cable en un seul point.
D'autres caracteristiques et avantages de la
presente invention ressortiront de la description donnee
ci-apres, prise en reference aux dessins annexes, sur lesquels:
la Fig l montre un cable plat pour pompe, des-
tine a etre utilise dans un puits de petrole; et la Fig 2 est une vue
a plus grande echelle
d'une partie du cable represente a la Fig l.
On a represente a la Fig l un cable caracteris-
tic a trois conducteurs destine a descendre dans un forage Les trois
conducteurs peuvent etre identiques et ils comprennent chacun un
element conducteur central 12
qui peut etre en copper massif ou torsade L'element con-
ducteur 12 est de facon caracteristique concu pour trans-
porter un courant alternatif de trois kilovolts, et le
diametre du fil doit etre de 204 mm ou plus.
Bien que l'on ait represente un cable plat, comme on le decrira de
facon plus detaillee ci-apres, le desequilibre capacitif qui existe
habituellement dans les
cables plats classiques est evite suivant l'invention.
La capacite du caable represente est a peu pres la meme que celle qui
serait obtenue dans un cable a trois conducteurs,
de section circulaire.
Une couche 14 d'un isolant haute-temperature qui peut etre du
polypropylene, de l'ethylene-propylene, du caoutchouc, ou autre
isolant approprie est appliquee par
extrusion ou autrement sur un element conducteur caracte-
ristique tel que celui designe par la reference 12 La couche 14
d'isolant peut avoir une epaisseur de 1,15 A 1,83 mm Comme on l'a
indique plus haut, un ou plusieurs rubans ou pellicules peuvent etre
utilises pour realiser une barriere metallique appropriee L'agencement
prefere
qui est represente comprend deux rubans 16 et 18 d'alu-
minium, d'acier inoxydable, ou autre metal approprie ayant une
epaisseur de 0,10 mm revetues sur une face ou
de preference sur les deux faces d'un adhesif Cet adhe-
sif peut etre un polymere adhesif ayant une epaisseur
d'environ 0,025 mm Les rubans sont enroules helicoidale-
ment par-dessus la couche 14 d'isolant, chaque ruban se recouvrant
luimeme sur 50 percent de sa largeur ou plus la barriere metallique a
plusieurs couches formee par les rubans est recouverte d'une couche 20
d'un melange de
caoutchouc synthetique semi-conducteur tel qu'un caout-
chouc nitrile On peut utiliser d'autres materiaux semi-
conducteurs classiques, mais le caoutchouc nitrile est prefere pour
ses proprietes de resistance au petrole Une gaine 22 de protection est
finalement enroulee par-dessus
les trois conducteurs isoles qui sont agences parallele-
ment suivant une disposition relative plane pour realiser suivant le
present exemple une forme plate La gaine peut etre constituee d'un
enroulement d'une bande profilee en
acier galvanise ayant une epaisseur d'environ 0,5 mm.
Dans certains cas, la gaine peut etre form 6 e de bronze
phosphorus, d'acier inoxydable ou autre materiau appro-
prie. La couche 20 de caoutchouc semi-conducteur remplit deux
fonctions Tout d'abord bien entendu elle assure un amortissement entre
la gaine en acier et la barriere en metal En second lieu, en raison de
sa nature
semi-conductrice, elle assure un contact electrique conti-
nu entre la gaine en acier et la barriere en metal sur toute la
longueur du cable En raison de ce contact electrique continu, on evite
la formation de courants de
fuite localises et, en consequence,la corrosion electrolyti-
que de se produire en de tels points localises Cette corrosion est une
cause courante de defaillance dans un
cable electrique.
On a mentionne le fait que l'on evite un des-
equilibre capacitif dans des cables plats fabriques sui-
vant l'invention La geometrie d'un cable plat classique
est la cause du fait qu'un tel cable presente un desequi-
libre capacitif en raison du fait que la capacite entre
chacun des conducteurs externes et la terre est differen-
te de la capacite du conducteur central a la terre Par ailleurs, avec
la construction a barriere metallique suivant l'invention, la capacite
est a peu pres la meme
entre chaque conducteur et la terre en raison de la liai-
son entre chacune des barrieres et la gaine de protection
grace a la couche de caoutchouc semi-conducteur On con-
fere ainsi a un cable plat les memes caracteristiques
d'equilibre que celles des cables de section circu-
laire, ce qui est important lorsque, comme cela est sou-
vent le cas, l'espace disponible pour recevoir des c'ables
dans un puits de petrole est precieux.
La corrosion chimique qui constitue egalement
un probleme predominant dans les cables pour puits de petro-
le, est inhibee par l'utilisation de couches alternees
d'un metal et d'un polymere.
On a represente de facon detaillee a la Fig 2 la facon d'enrouler les
rubans 16 et 18 Les deux rubans
sont enroules helicoidalement en sens opposes sur la cou-
che 14 d'isolant et chaque ruban se recouvre lui-meme sur percent de
sa largeur L' adhesif peut etre l'un quelconque de plusieurs adhesits
polymeres disponibles et lorsque les rubans ou les pellicules ont ete
incorpores au cable, celui-ci es; chauffe jusqu'a une temperature
suffisamment elevee pour astreindre l'agent liant a reunir les rubans
ou les pellicules en une seule barriere composite metalli-
que Bien que l'epaisseur actuellement preferee du ruban de metal ou de
la pellicule soit d'environ 0,1 mm, on a obtenu les performances les
plus elevees du cable avec des metals tels que de l'aluminium et de
l'acier inoxydable
dans des epaisseurs de 0,025 mm a 0,20 mm.
En variante, au lieu des rubans de metal enrou-
les helicoidalement, on peut enrouler des pellicules con-
tinues de metal a recouvrement, longitudinalement, sur la couche
isolante Ces pellicules doivent avoir la meme epaisseur que les rubans
et doivent egalement comporter des couches analogues de liaison d'un
polymere adhesif
sur l'une de leurs faces ou les deux.
Les proprietes considerablement ameliorees du cable suivant
l'invention ont ete demontrees par des essais Un cable classique
fabrique avec une isolation analogue presente lorsqu'il est essaye
sous une tension
alternative de 3 k V les durees de vie caracteristiquessui-
vantesdans l'water a 9000: 376 heures, 598 heures, b 64 heures, 975
heures Le meme cible lorsqu'il est realise avec la barriere de metal
et les materiaux liants suivant l'invention presente une duree de vie
sous tension a 900 C dans l'water superieure a 6 000 heures Bien que
l'on ait decrit plus particulierement un cable a trois conducteurs en
raison du fait qu'il est evidemment approprie pour une alimentation en
energie triphasee, l'invention est bien entendu applicable d'une facon
generale independamment du nombre de conducteurs necessaires dans un
cable destine
a etre utilise dans un puits de petrole.
REVUNDICATIONS
1 Cable electrique destine a etre utilise dans un environnement
agressif, caracterise en ce qu'il comprend en combinaison un
conducteur electrique (12), une enveloppe (14) relativement epaisse en
un materiau isolant de faible permeabilite entourant ledit conduc-
teur electrique (12), une barriere metallique (16, 18) relativement
mince entourant ledit isolant, une couche (20) d'un isolant
semi-conducteur entourant la barriere
metallique et une gaine externe (22) de protection entou-
rant ladite couche (20) a'isolant semi-conducteur.
2 Cable electrique suivant la revendication 1, caracterise en ce que
ladite barriere metallique (16, 18) est constituee par au moins une
couche de metal,
cette couche etant revetue d'un adhesif.
3 Cable electrique suivant la revendication 2, caracterise en ce que
ladite barriere metallique (16, 18) est constituee par deux couches de
metal reunies
ensemble par un adhesif.
4 Cable electrique suivant la revendication 3, caracterise en ce que
lesdites couches de metal (16, 18) sont constituees par deux longueurs
d'un ruban enroule helicoidalement en sens opposes autour dudit
isolant
(14) de faible permeabilite-
O Cble electrique suivant la revendication 3, caracterise en ce que
lesdites couches (16, 18) de metal sont constituees par plusieurs
longueurs continues d'une pellicule enroulee longitudinalement a
recouvrement autour
dudit isolant ce faible permeabilite.
6 Cable electrique suivant la revendication 3,
' caracterise en ce que ledit adhesif est un polymere.
7 Cable electrique suivant la revendication 4, caracterise en ce que
chacune desdites longueurs de ruban (16, 18) a une epaisseur d'environ
0, 025 A 0,20 mm, ledit
revetement adhesif ayant une epaisseur d'environ 0,025 mnm.
8 Cable electrique suivant la revendication 2, caracterise en ce que
ledit isolant semi-conducteur (14) est suffisamment epais pour assurer
un amortissement
entre ladite barriere metallique (16, 18) et ladite gai-
ne externe (22)de protection et assure une liaison elec-
tric entre ladite barriere metallique et ladite gaine
externe de protection.
9 O able electrique suivant la revendication 2, caracterise en ce
qu'il comprend plusieurs conducteurs electriques (12) disposes suivant
une configuration a plat, lesdits conducteurs etant entoures d'une
seule
gaine externe (22) de protection.
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