Requisitos de materiais para a conceção de conectores eléctricos para a indústria do petróleo e do gás!

Os conectores eléctricos na indústria do petróleo e do gás têm de suportar altas pressões, altas temperaturas, ambientes corrosivos, suportar vibrações severas e cargas de choque ocasionais, uma vez que os materiais são um fator chave para garantir que os conectores concebidos são altamente fiáveis em ambientes agressivos. A função de um conetor elétrico é simplesmente transferir de forma fiável a corrente ou os sinais de um componente para outro, independentemente de o ambiente ser benigno ou agressivo. Confrontados com as altas pressões e temperaturas experimentadas no fundo do poço nas operações de perfuração de petróleo e gás, os conectores eléctricos devem funcionar a temperaturas que variam entre +175°C e +225°C, e mesmo até 250°C, e podem também ser sujeitos a pressões superiores a 20.000 psi.

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E nas caixas de instrumentos a milhares de metros de profundidade ou abaixo do leito marinho, não é fácil aceder ou substituir os conectores eléctricos defeituosos. Para o fazer, é necessário remover toda a ferramenta do poço, o que demora muito tempo e pode facilmente custar dezenas de milhares de dólares por hora, e quando o custo da falha é de alguns dólares por segundo, a falha não é desejável. A qualidade dos contactos num conetor elétrico é muito importante, de modo a manter a resistência da interface de contacto baixa e estável, o contacto deve fornecer uma força suficiente entre as duas metades da interface. (A força mínima necessária depende do revestimento da superfície de contacto). Para evitar falhas, os conectores eléctricos devem fornecer e manter esta força de contacto durante toda a vida da ligação. Os contactos de um conetor elétrico têm de ser condutores de eletricidade para transportar uma grande quantidade de corrente e minimizar o aumento de temperatura devido ao aquecimento resistivo. Uma boa condutividade térmica ajuda a transportar qualquer excesso de calor gerado pela resistência, que de outra forma aumentaria a carga térmica que o conetor tem de suportar, dependendo do ambiente. Outra propriedade importante do material dos conectores eléctricos para a indústria do petróleo e do gás é a elasticidade, que é a relação entre a força e a rigidez. Os materiais com elevada elasticidade podem suportar grandes tensões e deformações sem deformação permanente ou perda de contacto. O módulo de resiliência, que é metade do limite de elasticidade multiplicado pelo rácio de resiliência, fornece uma medida da quantidade de energia que pode ser absorvida por um componente antes de ocorrer uma deformação permanente, e é análogo à resistência à fratura, que é uma medida da quantidade de energia que pode ser absorvida por um componente antes de se partir. Uma vez que os componentes de uma coluna de perfuração estão constantemente a rodar, todo o estado de tensão sofrerá uma inversão completa de tensão em cada rotação. Esta carga cíclica promove a falha por fadiga, uma vez que os pequenos defeitos evoluem para fissuras que se expandem ligeiramente a cada ciclo, conduzindo eventualmente a uma falha súbita e catastrófica. É fundamental utilizar materiais que possam suportar o número necessário de ciclos a um determinado nível de tensão, conforme determinado pela resistência à fadiga do material. Normalmente, a resistência (à flexão, à tração e à durabilidade) de um conetor elétrico diminui à medida que a temperatura aumenta. Se a resistência for inferior ao nível de tensão a que a peça está sujeita, a peça pode ficar permanentemente deformada, mesmo que uma determinada tensão seja absolutamente correta à temperatura ambiente. As peças dos conectores eléctricos sujeitas a altas temperaturas tendem a sofrer relaxamento de tensão, em que a deformação elástica é lentamente convertida em deformação plástica ao longo do tempo, o que corresponde a uma deformação permanente retardada. À medida que o nível de tensão total no conetor diminui devido ao relaxamento, a força de contacto também diminui, o que pode levar a uma sinalização intermitente ou mesmo a condições de circuito aberto na interface de contacto. A resistência à corrosão dos materiais utilizados na conceção dos conectores eléctricos na indústria do petróleo e do gás é menos importante, uma vez que estes estão normalmente localizados em câmaras seladas, sem gases corrosivos de sulfureto de hidrogénio ou sais clorados e longe de fluidos de perfuração corrosivos. No entanto, se o vedante for danificado, é uma corrida contra o tempo para retirar a ferramenta do furo antes que os componentes electrónicos fiquem permanentemente danificados, e a resistência à corrosão do material do conetor elétrico ajuda a prolongar a vida útil do componente. Além disso, os materiais de alta resistência dos conectores eléctricos têm normalmente uma condutividade eléctrica mais baixa, enquanto os materiais mais condutores têm normalmente uma resistência mais baixa, os materiais mais resistentes são mais difíceis de processar, os materiais mais fortes a altas temperaturas podem também apresentar uma maior degradação do desempenho, mas uma melhor resistência ao relaxamento das tensões compensará parte deste risco.

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