L'or noir et les moteurs extrêmes.

Le pétrole est considéré comme l'or noir – l'accès à ce trésor est indissociable des technologies modernes et innovantes existant en matière d'extraction d'hydrocarbures. Les matériaux utilisés dans les forages sont soumis à des conditions extrêmes: températures pouvant atteindre 200 degrés, vibrations et pressions très élevées. Les moteurs maxon assurent diverses tâches, ils sont par exemple utilisés dans la commande des vannes, les mécanismes de déclenchement et les appareils de mesure.

Aujourd'hui, presque toutes les voitures utilisent du carburant et la plupart des chauffages ne fonction-nent pas sans pétrole. En bref: plus de 85% de la consommation d'énergie mondiale reposent sur les sources d'énergie fossile que sont le pétrole, le gaz et le charbon. Mais l'accès aux réserves précieuses de ces matières premières demande des forages toujours plus profonds, opération qui s'avère délicate. La technique de forage profond (appelée «Downhole Drilling») permet d'extraire du pétrole et du gaz de gisements situés à des profondeurs supérieures à 2 500 mètres. En combinaison avec la technique du forage directionnel (ajustement dynamique du positionnement d'un forage profond), l'exploitation de gisements jusqu'ici impossibles à atteindre est soudain possible, et ce à des profondeurs atteignant 5 000 mètres et sur des distances de forage allant jusqu'à 11 000 mètres.

Aujourd'hui, il est impossible d'imaginer une vie sans cette source d'énergie non renouvelable qu'est le pétrole. Ainsi, l'or noir est extrait du centre de la terre dans de nombreuses régions du monde. Par exemple de nombreuses installations d'extraction de pétrole et de gaz sont en service aux USA, en Rus-sie, au Royaume-Uni, en Chine et au Moyen-Orient, sur terre et sur mer, qui produisent au quotidien des milliers de barils de pétrole et d'énormes quantités de gaz. Le forage d'extraction de pétrole le plus long en service présente actuellement (depuis février 2008) une longueur de 11 680 mètres (Source: Wikipedia). Il a été percé en 2007, dans le cadre de la mise en exploitation du gisement de Chayvo, au large de la côte nord de Sakhaline (Russie). Situé à une profondeur d'environ 2 500 mètres, ce gisement pétrolier se trouve à plusieurs kilomètres de la côte. La principale mise en exploitation a été réalisée grâce au forage de puits directionnels depuis la terre ferme.

La boue assure l'entraînement

Tous les forages ont ceci en commun: les exigences auxquelles le matériel est soumis sont énormes. Les têtes de forage, en particulier, doivent résister à des conditions extrêmes. D'autre part, les tempéra-tures et la pression qui règnent à ces profondeurs, combinées aux importantes vibrations inhérentes au forage, font de l'utilisation d'entraînements électriques un véritable défi. Car les conditions ambiantes existant plusieurs kilomètres sous terre sont absolument hostiles pour la technologie. Les matériaux ro-bustes doivent pouvoir être utilisés à des températures de 200 degrés tout en conservant une fiabilité intacte.

Le moteur EC22 HD (Heavy Duty) de maxon est parfaitement adapté à ces conditions ambiantes exceptionnelles. Développé spécialement pour répondre aux exigences des forages en profondeur, ce moteur à commutation électronique résiste parfaitement à ces conditions ambiantes extrêmes qui se-raient fatales à des moteurs «normaux». Le développement constant de l'électronique et des moteurs permet aujourd'hui de mieux contrôler et commander la plupart des fonctions pendant le forage complet. Ainsi, la turbine située dans l'outil de forage est entraînée par l'écoulement de la boue. Un couplage magnétique transforme les moteurs en générateurs, qui fournissent l'énergie électrique requise pour différentes tâches d'entraînement. Ce système fonctionne donc en autarcie, ce qui rend superflue la présence de piles au lithium, onéreuses et nocives pour l'environnement. Grâce au moteur EC22 HD, la position de la tête de forage est mesurée de manière dynamique au cours du forage (MWD/Measurement While Drilling, mesure pendant le forage) et peut être ajustée. La mesure est effectuée par le mesureur d'accélération, les capteurs d'inclinaison et d'autres instruments grâce auxquels la position de la tête de forage est représentée exactement. Mais comment transmettre les va-leurs mesurées à la surface? La technologie MWD convertit pour ce faire les données en impulsions qui sont communiquées à la plateforme de forage. L'entraînement de ce système MWD est assuré par des électroaimants ou des moteurs HD. Divers outils de forage profond sont également équipés de vannes ou de clapets hydrauliques commandés par des entraînements électromagnétiques.

Le moteur EC 22 HD dispose également d'un réducteur adapté: le GP 22 HD (figure 3). Un réducteur particulièrement solide et répondant exactement aux exigences est indispensable dans de nombreuses applications, en particulier dans les forages profonds. La plupart des applications souterraines exigent des couples très élevés pendant une durée utilisation parfois extrêmement réduite (commande de vannes, mouvement des clapets). Les réducteurs présentent une caractéristique particulière, les alé-sages intégrés qui assurent la circulation sans entrave de l'huile. Car, comme le moteur, le réducteur peut lui aussi fonctionner dans l'huile. Les différents modèles de moteurs EC 22 sont optimisés pour une utilisation aérienne ou dans l'huile (immergé dans l'huile hydraulique).

Construits sans aucun adhésif, les moteurs ne disposent d'aucun système de commutation mécanique. Le moteur est ainsi en mesure de résister à des températures extrêmes et de fournir des prestations stables même dans un environnement à ultravide. La puissance caractéristique dépend du milieu ambiant; elle est de 80 W dans l'air et, à cause des déperditions de chaleur plus importantes, de 240 W dans l'huile. Les moteurs sont prévus pour fonctionner à une température ambiante dépassant 200 degrés et une pression atmosphérique pouvant atteindre 1 700 bars. Lorsque les moteurs sont refroidis à l'huile, ils sont en mesure de résister à des températures de +240 degrés. Les moteurs d'un diamètre de 22 millimètres doivent d'autre part résister aux vibrations de 25 Grms, ainsi qu'aux coups et aux chocs atteignant 100 fois l'accélération de la pesanteur (100 G). Pour donner une idée, les voitures de Formule 1 sont soumises à 2 G et les avions de combats à 13 G. un homme est en mesure de résister à 10 G, à savoir dix fois son propre poids. Ce sont pourtant des valeurs extrêmes et seuls les astronautes et les pilotes sont capables de résister à de telles contraintes physiques pendant un certain temps.

Rendement élevé même à grande profondeur

Les moteurs maxon HD présentent une résistance exceptionnelle aux conditions ambiantes extrêmes qui règnent en profondeur, mais fonctionnent également à un très haut rendement. Dans l'air, leur rende-ment peut atteindre 88 pour cent, et plus de 70 pour cent dans l'huile. Ces propriétés font de l'EC22 un moteur utile dans d'innombrables autres domaines – par exemple dans l'espace, avec ses conditions extrêmes. Grâce à leur fonctionnement sans couple de saillance, les moteurs disposent de propriétés de réglage exceptionnelles; ils sont ainsi parfaitement adaptés à des tâches de positionnement de haute précision dans l'espace, même lorsqu'elles doivent se dérouler à des vitesses réduites. À l'avenir, ces moteurs seront également utilisés sur Vénus – la NASA a prévu un vol vers cette planète. Mais ils de-vront alors résister à des températures pouvant atteindre 480 degrés. Le développement des moteurs de précision destinés aux conditions extrêmes se poursuit donc.

 © maxon motor ag

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