Brevet FR2508227A1 — publié le 19821224

Câble électromécanique résistant à des températures et pressions élevées, et son procédé de fabrication La présente invention concerne un câble électromécanique résistant à des températures d'au moins 200 o C et à des pressions élevées, pouvant atteindre plusieurs centaines de bars, comprenant des conducteurs isolés enrobés d'un matériau de bourrage conducteur remplissant les vides les séparant, puis entourés d'une couche de matériau textile conducteur et d'une armure formée d'au moins une couche de fils métalliques enroulés en hélice. De tels câbles, utilisés notamment dans les forages de recherche de pétrole, doivent subir en service des contraintes très sévères dues à la pression exercée par les couches minérales traversées par le câble, ainsi qu'à la température élevée, provenant d'une part de son augmentation naturelle en fonction de la profon- deur atteinte, d'autre part de l'échauffement dû au travail de forage. Il s'avère maintenant nécessaire d'utiliser des câbles résis- tant à des températures de service supérieures à 2001 C et même 2200 C, et à des pressions externes de plusieurs centaines de bars. On connatt maintenant des isolants des conducteurs individuels qui résistent à ces conditions de service, notamment le polyméthyl- pentène qui a fait l'objet de la demande de brevet français no 7931980 du 28 décembre 1979 de la demanderesse, le polyfluorure d'éthylène et de propylène, et le copolymère d'éthylène et de tétra- fluoréthylène. On ne connaissait par contre pas de bourrage satisfaisant dans le cas considéré, c'est-à-dire suffisamment conducteur d'une part pour assurer une répartition régulière des potentiels à l'intérieur du câble, suffisamment stable aux températures élevées d'autre part, et enfin susceptible d'être mis en oeuvre de façon satisfaisante. Par ailleurs on demande à de tels bourrages d'être élastiques et de s'opposer à la déformation des isolants sous l'effet des contraintes mécaniques et thermiques. En particulier, le polyéthylène tétrasulfuré, chargé de noir -2- de carbone pour assurer une répartition régulière des potentiels autour des différents conducteurs en évacuant les charges statiques susceptibles de perburber les mesures et en jouant un râle de blindage, ne peut résister à des températures supérieures à 1500 C. La présente invention a donc pour but de procurer un câble électromécanique résistant à des températures pouvant atteindre au moins 2000 ou 2200 C et à des pressions de plusieurs centaines de bars. Le câble selon l'invention est caractérisé en ce que ce maté- riau de bourrage comprend une silicone polymère et une charge semi- conductrice de noir de carbone. Il répond en outre de préférence à au moins l'une des caracté- ristiques suivantes: La silicone polymère est une diorganopolysiloxane. La noir de carbone est formé de-particules de surface spécifique au moins égale à 150 m 2/g. Le matériau de bourrage comprend de 30 à 50 parties en poids de noir de carbone pour 100 parties de silicone. Les conducteurs sont isolés à l'aide de polyméthylpentène. L'invention s'étend en outre à un procédé de fabrication d'un câble tel que défini ci-dessus, dans lequel on introduit le matériau de bourrage entre les conducteurs isolés au moment de leur assem- blage par passage de l'âme dans une filière puis l'on entoure l'en- semble des conducteurs assemblés d'un ruban textile conducteur, caractérisé en ce que l'on prépare un mélange de silicone liquide, de noir de carbone et d'un agent de réticulation de la silicone liquide> de viscosité inférieure à 10000 poises à 200 C, en ce que l'on injecte ce mélange dans la filière d'assemblage des conducteurs, et en ce que l'on le laisse se réticuler après mise en place du ruban textile conducteur. De préférence, l'on assure la réticulation du matériau de bourrage en chauffant l'âme du câble entourée du ruban textile à l'étuve au-dessus de 1000 C pendant plusieurs jours. Il est décrit ci-après à titre d'exemple et en référence aux figures du dessin annexé, un câble selon l'invention et le procédé de fabrication de son âme. La figure 1 représente le câble en section droite. La figure 2 représente un appareillage de fabrication de son âme. Dans la figure 1, le câble comporte un toron central 1 formé d'un crin isolant 2, par exemple en polyester, entouré de six fils de cuivre 3 torsadés en hélice, le tout étant isolé à l'aide de polymé- thylpentène ou d'un autre isolant résistant à haute température Le toron central est entouré de six autres torons tels que 4 formés de sept fils torsadés 5 isolés à l'aide du même isolant que le toron central Le toron central et les torons périphériques sont enduits d'un vernis semiconducteur à base de carbone amorphe ou de graphite pour permettre l'écoulement des charges électriques statiques dont l'accumulation pourrait provoquer des décharges perturbatrices Des cordons de bourrage en matériau textile enduit d'un vernis semi- conducteur, 'tels que 6, sont placés dans les interstices externes entre deux torons périphériques. Tous ces éléments sont noyés dans un matériau de bourrage 7 contenant 100 parties en poids de diorganopolysiloxane semi-conduc- trice et 30 à 50 parties de noir de carbone formé de particules de 24 microns de diamètre,-de surface spécifique 179 m 2/g Ce matériau présente une dureté Shore A minimale de 40, une résistance à la rupture supérieure à 4,5 N/mm 2 et une résistivité électrique au plus égale à 500 ohms cm Celui-ci est entouré d'un ruban textile 8 à base de polyester ou de polyamide aromatique, ou de fibres de verre. Ce ruban est rendu conducteur par imprégnation d'un enduit conduc- teur L'ensemble est recouvert d'une double armure formée de deux couches de fils d'acier 9,10 à haute résistance, enroulés en hélice à pas inverse. Dans la figure 2, les torons 11, 12, 13 (il n'en a été repré- senté que trois pour plus de clarté), qui avancent tout en tournant comme représenté par la flèche 14, pénètrent dans une filière 15. Celle-ci est relié à un dispositif d'injection 16 de silicone liquide chargée de noir de carbone et additionnée d'un catalyseur de réticulation, par exemple de peroxyde de dicumyle ou de benzoyle Ce dispositif est représenté schématiquement par une enceinte 17 et un piston 18, refoulant le mélange liquide sous une pression de quelques bars dans le conduit 19 vers la filière. A la sortie de la filière, l'âme 20 formée des torons torsadés enrobés de silicone liquide, est recouverte d'un ruban textile 21 en polyester, fibre de verre ou polyamide aromatique, qui est mis en place à l'aide d'une bobine 22 tournant autour de l'âme (flèche 23) pendant la progression de celle-ci sous l'effet de la bobine de réception 24. Lorsque la bobine de réception est chargée par l'âme du câble, elle est portée dans une-étuve à une température supérieure à 1000 C. Elle y est maintenue deux à trois jours pour permettre la réticula- tion de la silicone semi-conductrice sous l'effet du catalyseur. Après réticulation, le matériau de bourrage présente les caractéristiques mécaniques et électriques indiquées ci-dessus. L'âme du câble est alors recouverte de la manière habituelle d'une double armure de fils d'acier enroulés en hélice à pas inverses Le câble est alors prêt à l'utilisation. Bien que le câble électromécanique et son procédé de fabrica- tion qui ont été décrits ci-dessus en référence aux figures du dessin paraissent les formes de réalisation préférables de l'invention, on comprendra que diverses modifications peuvent leur être apportées sans sortir du cadre de l'invention En particulier, les cordons de bourrage entre les torons extérieurs peuvent éventuellement être omis Le nombre de couches de fil d'acier de l'armature peut être adapté à la résistance mécanique désirée pour le câble Le nombre de conducteurs de chaque toron peut également être modifié. -5 - REVENDICATIONS 1/ Câble électromécanique résistant à des températures d'au moins 2000 C et à des pression élevées, comprenant des conducteurs isolés ( 3, 5) enrobés d'un matériau de bourrage conducteur ( 7) remplissant les vides les séparant, puis entourés d'une couche de matériau textile conducteur ( 8) et d'une armure formée d'au moins une couche de fils métalliques ( 9, 10) enroulés en hélice, caracté- risé en ce que le matériau de bourrage comprend une silicone polymère et une charge semi-conductrice de noir de carbone. 2/ Câble selon la revendication 1, caractérisé en ce que la silicone est une diorganopolysiloxane. 3/ Câble selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le noir de carbone est formé de particules de surface spécifique au moins égale à 150 m 2/g. 4/ Câble selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le matériau de bourrage comprend de 30 à 50 parties en poids de noir de carbone pour 100 parties de silicone. / Câble selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les conducteurs sont isolés à l'aide de polyméthylpentène. 6/ Procédé de fabrication d'un câble selon l'une des revendica- tions 1 à 5, dans lequel on introduit le matériau de bourrage entre les conducteurs isolés au moment de leur assemblage par passage de l'âme dans une filière ( 15), puis l'on entoure l'ensemble des conducteurs assemblés d'un ruban textile conducteur ( 21), caracté- risé en ce que l'on prépare un mélange de silicone liquide, de noir de carbone et d'un agent de réticulation de la silicone liquide de viscosité inférieure à 10000 poises à 200 C, en ce que l'on injecte ( 16) ce mélange dans la filière d'assemblage des conduc- teurs, et en ce que l'on le laisse se réticuler après mise en place du ruban textile conducteur. 7/ Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'on chauffe l'âme du câble entourée du ruban textile à l'étuve au-dessus de 1000 C pendant plusieurs jours.