專利名稱：具有絞合線強(qiáng)度元件的電纜的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鎧裝井筒測(cè)井電纜(logging electric cables)。一方面，本發(fā)明涉及基于絞合強(qiáng)度元件的高強(qiáng)度電纜，其與各種設(shè)備一起使用來(lái)分析鄰近井筒的地質(zhì)構(gòu)造。

背景技術(shù)：
一般地，地球中含石油和/或石油氣的地質(zhì)建造具有可能與地層包含這種產(chǎn)品的能力有聯(lián)系的性質(zhì)。例如，含石油或石油氣的地層具有比含水的地層高的電阻率。通常包括砂巖或石灰石的地層可能含有石油或石油氣。通常包括頁(yè)巖(頁(yè)巖也可封裝含石油的地層)的地層可具有比砂巖或石灰石大得多的空隙率，但是，由于頁(yè)巖的粒度(grain size)非常小，分離頁(yè)巖中所積存的石油或氣可能非常困難。因此，需要測(cè)量鄰近井的地質(zhì)構(gòu)造的各種特性，以幫助確定含石油和/或石油氣地層的位置，以及積存在該地層中的石油和/或石油氣的量。
可將通常為長(zhǎng)管形設(shè)備的測(cè)井工具(logging tool)放下到井中，以測(cè)量井的不同深度處的這種特性。這些測(cè)井工具可包括γ射線發(fā)射器/接收器、測(cè)徑規(guī)設(shè)備、電阻測(cè)量設(shè)備、中子發(fā)射器/接收器等，這些工具用來(lái)偵測(cè)鄰近該井的地層的特性。鎧裝鋼絲的測(cè)井電纜(wireline armored logging cable)連接測(cè)井工具與在地表的一個(gè)或多個(gè)電源和數(shù)據(jù)分析裝置，以及當(dāng)沿著井放下和提起測(cè)井工具時(shí)給測(cè)井工具提供結(jié)構(gòu)支撐。通常，測(cè)井電纜(wirelinecable)通過(guò)幾個(gè)滑輪從卡車(chē)或海上裝置的磁鼓設(shè)備(drum unit)中卷出，并下到井中。鎧裝的測(cè)井電纜常常必須具有高強(qiáng)度，以懸掛工具的重量以及電纜本身的重量。
測(cè)井電纜通常由金屬導(dǎo)線、絕緣材料、填料、護(hù)套和鎧裝線(Armor wire)的組合形成。護(hù)套常常包圍電纜芯材，其中，該芯材含有金屬導(dǎo)線、絕緣材料、填料等。鎧裝線常常圍繞該護(hù)套和芯材。測(cè)井電纜中使用的鎧裝線用于幾個(gè)目的。當(dāng)該電纜在井下表面上受到磨損時(shí)，它們給電纜芯材中的導(dǎo)線提供物理保護(hù)。它們負(fù)擔(dān)下井儀器串(tool string)和懸掛在井中的幾千英尺長(zhǎng)的電纜的重量。導(dǎo)致測(cè)井電纜損害的兩種通常原因是鎧裝線腐蝕和轉(zhuǎn)矩不平衡。腐蝕通常會(huì)導(dǎo)致形成弱化的或破碎的鎧裝線。
鎧裝線通常由涂覆有用于防腐的鋅的冷拉珠光體鋼(cold-drawnpearlitic steel)構(gòu)成。雖然鋅在中溫保護(hù)鋼，但是研究表明，在升高的溫度時(shí)會(huì)發(fā)生鋅在水中的鈍化(也即，失去它的防腐性)。一旦鎧裝線開(kāi)始生銹，它就迅速失去強(qiáng)度和延展性。雖然電纜芯材可能仍然有用，但是更換鎧裝線在經(jīng)濟(jì)上是不可行的，所以必須丟棄整個(gè)電纜。一旦腐蝕性流體滲入到環(huán)狀間隙中，就難以或者不可能完全除去它們。甚至是在清潔電纜之后，腐蝕性流體仍然保留在環(huán)狀空隙中腐蝕該電纜。結(jié)果，電纜腐蝕基本上是一個(gè)連續(xù)的過(guò)程，其開(kāi)始于測(cè)井電纜首次進(jìn)入到井中的行程。
當(dāng)將軸向載荷施加到電纜上時(shí)，鎧裝線的螺旋狀排列導(dǎo)致該電纜產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)載荷(torsional load)。該載荷的大小取決于鎧裝線的螺旋狀排列和尺寸。有兩種減小所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩的大小的常規(guī)方法(1)大量增加螺旋長(zhǎng)度(helixlength)，或者(2)在外側(cè)上使用較小直徑的鎧裝線，而在內(nèi)側(cè)使用較大直徑的鎧裝線。這些選擇對(duì)于測(cè)井電纜都不是非常實(shí)用。第一種方法增加該電纜對(duì)撓曲的剛性。第二種方法會(huì)由于磨損問(wèn)題導(dǎo)致電纜壽命降低。該電纜也會(huì)由于在電纜載荷過(guò)程中產(chǎn)生的徑向力而經(jīng)歷直徑的減小。這會(huì)壓縮電纜芯材，并且會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)線上的絕緣蠕變(insulation creep)，從而可能導(dǎo)致短路或?qū)Ь€斷裂。在電纜的扭轉(zhuǎn)載荷過(guò)程中，該電纜的有效斷裂載荷(effectivebreak load)會(huì)由于載荷在兩層鎧裝線上的分布而降低。同樣，當(dāng)使用內(nèi)部和外部線鎧裝層(各自具有螺旋結(jié)構(gòu)定向的線)時(shí)，這會(huì)導(dǎo)致當(dāng)電纜經(jīng)受軸向載荷時(shí)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。
常規(guī)的鎧裝線電纜遇到的另一問(wèn)題發(fā)生在高壓井中，該測(cè)井電纜穿過(guò)一個(gè)或幾個(gè)長(zhǎng)度的管道系統(tǒng)，其填充有潤(rùn)滑脂，以密封井中的氣壓同時(shí)容許該電纜在井中穿進(jìn)穿出。因?yàn)樵撴z裝線層具有未填充的環(huán)狀空隙，來(lái)自井中的氣體會(huì)向上朝較低壓方向遷移到這些縫隙中并穿過(guò)這些縫隙移動(dòng)。當(dāng)測(cè)井電纜穿過(guò)填充潤(rùn)滑脂的管道移動(dòng)時(shí)，該氣體往往會(huì)保持在原位。當(dāng)測(cè)井電纜越過(guò)管道頂部的上滑輪時(shí)，該鎧裝線往往會(huì)輕微地分展開(kāi)并且釋放增壓氣體，此處會(huì)成為爆炸的隱患。
因此，需要具有改善的耐腐蝕性和扭矩平衡，同時(shí)可有效地制造的高強(qiáng)度鎧裝的井筒電纜(wellbore electric cable)。另外，需要幫助防止或最小化氣體從井筒中遷移的電纜。非常需要能夠克服一種或多種以上詳述的問(wèn)題、同時(shí)傳導(dǎo)更大量的功率、具有顯著的數(shù)據(jù)信號(hào)傳遞能力的電纜，通過(guò)以下發(fā)明至少部分滿足這種需要。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及井筒電纜，尤其是，本發(fā)明涉及由強(qiáng)度元件形成的高強(qiáng)度電纜。借助于各種設(shè)備使用該電纜來(lái)分析鄰近井筒的地質(zhì)構(gòu)造。本發(fā)明的電纜可為任何實(shí)際設(shè)計(jì)，包括單芯電纜(monocable)、同軸電纜、四芯電纜(quadcable)、七芯電纜(heptacable)、滑線電纜(slickline cable)、多線電纜(multi-line cables)等。此處所述的電纜具有改善的耐腐蝕性、扭矩平衡，并且也可幫助防止或最小化危險(xiǎn)氣體從井筒向表面遷移。
本發(fā)明的電纜使用裝有聚合物護(hù)套的絞合絲線(stranded filaments)作為增強(qiáng)元件。絲線是單一連續(xù)的金屬線，其具有電纜的長(zhǎng)度。捆束多根絲線以形成強(qiáng)度元件，并且可包括包圍該絲線的聚合物護(hù)套。該強(qiáng)度元件可用作中心強(qiáng)度元件，或者甚至是鋪設(shè)在中心軸向設(shè)置的組件或強(qiáng)度元件周?chē)?，以形成?qiáng)度元件層。也可形成多于一層的強(qiáng)度元件。
在一種實(shí)施方式中，該電纜是井筒電纜，其包括中心組件(centralcomponent)和強(qiáng)度元件的內(nèi)層。該層包括至少三個(gè)(3)強(qiáng)度元件，其中該內(nèi)層鄰近中心組件以鋪設(shè)角(lay angle)設(shè)置。每個(gè)形成該層的強(qiáng)度元件包括中心絲線、鄰近中心絲線螺旋設(shè)置的至少三根(3)絲線，和包圍所述中心絲線和鄰近中心絲線設(shè)置的絲線的聚合物護(hù)套。
在一種實(shí)施方式中，該電纜包括中心組件、強(qiáng)度元件的內(nèi)層、由至少四個(gè)(4)強(qiáng)度元件形成的層，其中該內(nèi)層鄰近中心組件以鋪設(shè)角設(shè)置。每個(gè)強(qiáng)度元件包括中心絲線、鄰近中心絲線螺旋地設(shè)置的至少三根(3)絲線，和包圍所述中心絲線和鄰近中心絲線設(shè)置的絲線的聚合物護(hù)套。另外，至少一個(gè)鎧裝線層螺旋地設(shè)置在該強(qiáng)度元件的外周表面。
本發(fā)明也披露了井筒電纜，其由中心組件、鄰近中心組件設(shè)置的至少四個(gè)(4)強(qiáng)度元件、置于該強(qiáng)度元件上的聚合物護(hù)套，以及鄰近聚合物護(hù)套螺旋地設(shè)置的鎧裝線層所形成。
附圖簡(jiǎn)述 可通過(guò)參考以下描述，結(jié)合附圖理解本發(fā)明，在附圖中

圖1A和1B說(shuō)明一種實(shí)施方式，其中單獨(dú)絲線相對(duì)于形成電纜的強(qiáng)度元件的方向以反向旋轉(zhuǎn)角(counter-rotational angle)被絞合在一起。
圖2表示形成強(qiáng)度元件的方法，所述強(qiáng)度元件的空隙空間填充有聚合物材料，該聚合物材料有粘結(jié)該強(qiáng)度元件與電纜的聚合物護(hù)套的能力。
圖3說(shuō)明包埋和成型設(shè)置在聚合物層上的外部絲線的一種方法。
圖4通過(guò)強(qiáng)度元件本身的橫截面圖說(shuō)明圖2中所述的制備。
圖5A、5B、5C和5D說(shuō)明用于本發(fā)明某些電纜的絞合的絲線強(qiáng)度元件的幾個(gè)實(shí)施方式。
圖6說(shuō)明含有轉(zhuǎn)矩平衡的絞合線強(qiáng)度元件的電纜的制備。
圖7A至7F通過(guò)橫截面顯示圖6中上述的單芯電纜的制備步驟。
圖8A至8F通過(guò)橫截面顯示根據(jù)本發(fā)明的同軸電纜。
圖9A至9F通過(guò)橫截面說(shuō)明本發(fā)明具有轉(zhuǎn)矩平衡的絞合絲線強(qiáng)度元件的七芯電纜實(shí)施方式。
圖10A至10E說(shuō)明具有轉(zhuǎn)矩平衡的強(qiáng)度元件和螺旋狀絕緣導(dǎo)線的電纜。
圖11A、11B、11C和11D通過(guò)橫截面說(shuō)明本發(fā)明具有轉(zhuǎn)矩平衡的絞合線強(qiáng)度元件的地震管式電纜(seismic gun cable)的構(gòu)造。
圖12用橫截面視圖說(shuō)明，根據(jù)本發(fā)明使用強(qiáng)度元件和單獨(dú)的導(dǎo)線裝配電纜。
圖13通過(guò)橫截面顯示使用長(zhǎng)連續(xù)纖維聚合物復(fù)合材料作為強(qiáng)度元件的電纜實(shí)施方式。
圖14通過(guò)橫截面說(shuō)明一種電纜，其使用鄰近中心導(dǎo)線設(shè)置的小強(qiáng)度元件，由此形成該電纜的中心組件。

具體實(shí)施例方式 以下描述本發(fā)明的說(shuō)明性實(shí)施方式。為了清楚起見(jiàn)，本說(shuō)明書(shū)中并不描述所有實(shí)際實(shí)施的特征。當(dāng)然應(yīng)該理解，在任何這種實(shí)際實(shí)施方式的開(kāi)發(fā)中，必須做出許多具體實(shí)施的決定以獲得開(kāi)發(fā)者的具體目標(biāo)，例如順應(yīng)于體系相關(guān)的和事情相關(guān)的約束，這些約束會(huì)根據(jù)實(shí)施的不同而變化。此外，應(yīng)該理解，這種開(kāi)發(fā)的努力可能是復(fù)雜和耗時(shí)的，但是雖然如此，它對(duì)于理解本文的本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是例行的事情(routineundertaking)。
本發(fā)明涉及包括作為強(qiáng)度元件的絞合線的高強(qiáng)度電纜，其中該電纜被分派到井筒中用于借助于設(shè)備分析鄰近井的地質(zhì)構(gòu)造。也披露了制造這種電纜的方法，和該電纜在地震和井筒操作中的用途。本發(fā)明的電纜具有改善的耐腐蝕性，以及改善的轉(zhuǎn)矩平衡。本發(fā)明的一些電纜實(shí)施方式也幫助防止或最小化危險(xiǎn)氣體從井筒向表面遷移。另外，可以比常規(guī)的鎧裝井筒電纜更加有效地制造本發(fā)明的電纜。
本發(fā)明的電纜利用絞合的絲線作為強(qiáng)度元件。本申請(qǐng)所用的術(shù)語(yǔ)″絲線″是指單一連續(xù)的金屬線，其具有用它形成的電纜的長(zhǎng)度，并且除非另外指出，應(yīng)該考慮鎧裝線的等價(jià)物。捆束多根絲線以形成″強(qiáng)度元件″，并且可包括包圍該絲線的聚合物護(hù)套。該強(qiáng)度元件可用作中心強(qiáng)度元件，或者甚至是鋪設(shè)在中心軸向放置的組件或強(qiáng)度元件周?chē)?，以形成?qiáng)度元件的層。也可形成強(qiáng)度元件的多個(gè)層。另外，當(dāng)電導(dǎo)性絲線用于形成強(qiáng)度元件時(shí)，如果該強(qiáng)度元件具有足夠高的電導(dǎo)率，那么可將它用于導(dǎo)電。
如說(shuō)明本發(fā)明電纜的一種實(shí)施方式的圖1A和1B中所說(shuō)明的，可將單獨(dú)絲線102(僅指出了一個(gè))以旋轉(zhuǎn)方向A在中心絲線104周?chē)菪亟g合(捆束)到一起，形成強(qiáng)度元件106。當(dāng)將強(qiáng)度元件鋪設(shè)到電纜108的中心組件110之上時(shí)，方向A是相對(duì)于圖1B中形成電纜108的多個(gè)螺旋捆束的強(qiáng)度元件106(僅指出了一個(gè))的旋轉(zhuǎn)取向B的反-旋轉(zhuǎn)方向。電纜108還包括含有多個(gè)強(qiáng)度元件106和中心組件110的護(hù)套112，以及包圍強(qiáng)度元件106的絲線102 104的聚合物護(hù)套112。當(dāng)捆束形成電纜108時(shí)，可調(diào)節(jié)該絞合的絲線強(qiáng)度元件106中的絲線104的鋪設(shè)角，和強(qiáng)度元件106的鋪設(shè)角，以使轉(zhuǎn)矩平衡最優(yōu)。可以連續(xù)粘結(jié)用于形成包圍絲線102 104的護(hù)套112的聚合物材料和多個(gè)強(qiáng)度元件106(圖1B中僅指出了一個(gè))，以保持該元件處于合適的位置?？捎枚汤w維改進(jìn)該聚合物，以提供如下優(yōu)勢(shì)例如增加的強(qiáng)度或耐磨性。最后，可包含無(wú)纖維的聚合物層，以提供耐撕裂和劃破的最優(yōu)的密封表面。
參考圖1B，可用聚合物材料填充本發(fā)明的電纜中形成于絲線102 104、強(qiáng)度元件106和導(dǎo)線110之間的環(huán)狀空隙114(僅示出了一個(gè))，以使井下流體和氣體的滲入、積聚和/或輸送最小化。該聚合物護(hù)套112也可用作許多腐蝕性流體的過(guò)濾器或捕集器。通過(guò)最小化強(qiáng)度元件106暴露于這些材料，并且防止腐蝕性流體在環(huán)狀空隙114中的積聚，認(rèn)為這顯著提高了該絲線102 104，以及該電纜的使用壽命。
雖然本發(fā)明的實(shí)施方式不受任何具體的理論或操作機(jī)理的束縛，以下描述可說(shuō)明本發(fā)明的某些電纜的轉(zhuǎn)矩平衡。在張力T下成纜之前，每個(gè)絞合的絲線強(qiáng)度元件具有給定的轉(zhuǎn)矩值(Twri)(給所有的轉(zhuǎn)矩一個(gè)給定的參考張力)。所有給定類(lèi)型的強(qiáng)度元件的值之和為總轉(zhuǎn)矩值(Tc)?？梢哉{(diào)節(jié)在強(qiáng)度元件中用于單獨(dú)絲線的鋪設(shè)角，和使完成的強(qiáng)度元件在電纜芯材上成纜時(shí)的鋪設(shè)角，以提供最優(yōu)的轉(zhuǎn)矩平衡，這通過(guò)以下表達(dá)式來(lái)解釋 Twri＝成纜之前一個(gè)絞合線強(qiáng)度元件的轉(zhuǎn)矩 TwriT＝∑Twri TwriC＝將一個(gè)絞合線強(qiáng)度元件在電纜芯材上成纜產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩(對(duì)抗Twri的) TwriCT＝∑TwriC TwrtT＝TwriCT 以相對(duì)于強(qiáng)度元件中的單獨(dú)外部絲線的旋轉(zhuǎn)方向的反方向，使強(qiáng)度元件在電纜的中心組件上成纜，產(chǎn)生滑線和多線規(guī)模的電纜，它能夠經(jīng)受較高的工作載荷(即500kgf至1000kgf)。
本發(fā)明鎧裝的井筒電纜通常包括中心組件和鄰近該中心組件設(shè)置的至少三個(gè)(3)強(qiáng)度元件。每個(gè)強(qiáng)度元件包括中心絲線、鄰近中心絲線螺旋設(shè)置的至少三根(3)絲線，和包圍所述中心絲線和鄰近中心絲線設(shè)置的絲線的聚合物護(hù)套。該中心組件可為絕緣導(dǎo)線、導(dǎo)線或強(qiáng)度元件。該中心組件可為這種構(gòu)造，從而形成單芯電纜、滑線、多線、七芯電纜、地震的、四芯電纜，或者甚至是同軸電纜。優(yōu)選將該強(qiáng)度元件螺旋地設(shè)置在中心組件的周?chē)?yōu)選至少部分地用纖維增強(qiáng)物質(zhì)改進(jìn)該聚合物護(hù)套。
本發(fā)明的電纜可使用任何合適的材料，來(lái)形成具有高強(qiáng)度并提供例如耐腐蝕性、低摩擦力、低磨損和高疲勞閾值(fatigue threshold)等優(yōu)勢(shì)的絲線。這種材料的非限制性例子包括鋼、碳含量為約0.6wt％至約1wt％的鋼、強(qiáng)度大于2900mPa的任何高強(qiáng)度鋼絲，等。使用輪胎簾線制造強(qiáng)度元件使得可以使用較低的鋪設(shè)角，這可得到具有較高工作強(qiáng)度的電纜。該絲線材料也可為高強(qiáng)度有機(jī)材料例如但不限于長(zhǎng)連續(xù)纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料，其由聚合物形成，所述聚合物例如PEEK、PEK、PP、PPS、氟聚合物、熱塑性塑料、熱塑性彈性體、熱固性聚合物等，并且該連續(xù)纖維可為碳、玻璃、石英或任何合適的合成材料。
如上文所述，本發(fā)明的電纜可包括加護(hù)套的絞合絲線。同樣，可用聚合物材料填充形成于強(qiáng)度元件(絞合絲線)之間，和強(qiáng)度元件與中心組件之間的空隙空間。用于形成該聚合物護(hù)套和填充間隙的聚合物材料可為任何合適的聚合物材料。合適的例子包括但不限于聚烯烴(例如EPC或聚丙烯)、其它聚烯烴、聚酰胺、聚氨酯、熱塑性聚氨酯、聚芳基醚醚酮(PEEK)、聚芳基醚酮(PEK)、聚苯硫醚(PPS)、改性的聚苯硫醚、乙烯-四氟乙烯的聚合物(ETFE)、聚(1，4-亞苯基)的聚合物、聚四氟乙烯(PTFE)、全氟烷氧基(PFA)聚合物、氟化的乙烯丙烯(FEP)聚合物、聚四氟乙烯-全氟甲基乙烯基醚(MFA)聚合物、Parmax(R)、乙烯氯-三氟乙烯(例如Halar(R))、氯化的乙烯丙烯，及其任何混合物。優(yōu)選的聚合物材料是乙烯-四氟乙烯聚合物、全氟烷氧基聚合物、氟化的乙烯丙烯聚合物和聚四氟乙烯-全氟甲基乙烯基醚聚合物。
聚合物材料可從電纜的中心至鎧裝線的最外層連續(xù)設(shè)置，甚至可延伸至外周之外形成完全包圍該鎧裝線的聚合物護(hù)套?！暹B續(xù)設(shè)置″是指聚合物材料以未斷裂的方式接觸或連接整個(gè)電纜，形成包圍和隔開(kāi)其它電纜組件的基體，所述的其它電纜組件例如中心組件和強(qiáng)度元件的絲線。又參考圖1A和1B，這種包圍和隔開(kāi)其它電纜組件的連續(xù)基體的例子由聚合物護(hù)套112表示，也用聚合物材料填充空隙空間114。在某些情況下，當(dāng)使用不同的聚合物材料時(shí)，形成聚合物護(hù)套的材料也可以化學(xué)地和/或機(jī)械地彼此粘接。在某些實(shí)施方式中，可化學(xué)地和/或機(jī)械地從最內(nèi)層至最外層連續(xù)粘接該聚合物材料。另一方式，可從該電纜的中心至其周邊連續(xù)粘接該聚合物材料，形成耐劃破的光滑護(hù)套?？蓪⒍烫祭w維、玻璃纖維或其它合成纖維加到該護(hù)套材料中以增強(qiáng)該熱塑性塑料或熱塑性彈性體，并提供對(duì)切入的保護(hù)。此外，可將石墨、陶瓷或其它粒子加到該聚合物基體中以增加耐磨性。
本發(fā)明的電纜可包括金屬導(dǎo)線，以及在某些情況下，一根或多根光纖。參考圖1，導(dǎo)線和光纖，當(dāng)使用時(shí)，通常被包含在電纜的中心組件中，如導(dǎo)線116(僅指出了一個(gè))所示。同樣，可將導(dǎo)線和光纖置于電纜的其它區(qū)域中，包括間隙114?？墒褂萌魏魏线m的金屬導(dǎo)線。金屬導(dǎo)線的例子包括但不限于銅、鍍鎳的銅、或鋁。優(yōu)選的金屬導(dǎo)線是銅導(dǎo)線。雖然可使用任何數(shù)量的金屬導(dǎo)線來(lái)形成中心組件110，優(yōu)選使用1至約60根金屬導(dǎo)線，更優(yōu)選1、7、19、或37根金屬導(dǎo)線。在圖1中，示出的中心組件110含有七根(7)導(dǎo)線116，以形成單芯電纜。
所述光纖可為任何可商購(gòu)的光纖。該光纖可為單模光纖或多模光纖(multi-mode fibers)，其或者為密封地被涂覆的，或者為未涂覆的。當(dāng)為密封地被涂覆的時(shí)，通常在光纖上施涂碳或金屬涂層。可將光纖置于標(biāo)準(zhǔn)測(cè)井電纜芯材構(gòu)型的任何位置。可將光纖居中地(軸向地)或螺旋地置于電纜中?？蓪⒁环N或多種其它涂層施涂于光纖上，所述涂層例如但不限于丙烯酸類(lèi)涂層、硅涂層、硅/PFA涂層、硅/PFA/有機(jī)硅涂層或聚酰亞胺涂層?？缮藤?gòu)的涂覆的光纖可涂覆另一種軟聚合物材料的涂層，所述軟聚合物材料例如有機(jī)硅、EPDM等，以容許包埋設(shè)置在光纖周?chē)娜魏谓饘賹?dǎo)線。這種涂層可容許完全填充光纖和金屬導(dǎo)線之間的空間，以及降低光纖的數(shù)據(jù)傳輸能力的衰減。
可將保護(hù)性聚合物涂層施涂到每根絲線上以用于防腐。涂層的非限制性例子包括氟聚合物涂層例如FEP、Tefzel(R)、PFA、PTFE、MFA；具有氟聚合物組合的PEEK或PEK；PPS和PTFE的組合；膠乳涂層；或橡膠涂層。也可將絲線電鍍約0.5-mil至約3-mil的金屬涂層，這可增強(qiáng)絲線對(duì)聚合物護(hù)套材料的粘接。電鍍材料可包括這種材料例如ToughMet(R)(BrushWellman制造的高強(qiáng)度銅-鎳-錫合金)、黃銅、銅、銅合金等。
可選擇聚合物護(hù)套材料和絲線涂層材料，使得該絲線不粘接至其上，并能夠在該護(hù)套中移動(dòng)。在這種情況下，該護(hù)套材料可包括聚烯烴(例如EPC或聚丙烯)、氟聚合物(例如Tefzel(R)、PFA或MFA)、PEEK或PEK、Parmax或甚至是PPS。
在某些情況下，形成該護(hù)套的新聚合物(virgin polymers)不具有足以經(jīng)受25,000lbs的拉力或壓縮力(當(dāng)在滑輪上拉該電纜時(shí))的機(jī)械性質(zhì)，所以可用短纖維改進(jìn)該聚合物材料。該纖維可為碳、玻璃纖維、陶瓷、Kevlar(R)、Vectran(R)、石英、納米碳(nanocarbon)或任何其它合適的合成材料。因?yàn)橛枚汤w維改進(jìn)的聚合物的摩擦力可能顯著高于新聚合物的摩擦力，為了提供較低的摩擦力，可在纖維改進(jìn)的護(hù)套上添加1-至15-mil的新材料層(layer ofvirgin material)。
可將粒子加入形成護(hù)套的聚合物材料中，以改善耐磨性和其它機(jī)械性質(zhì)。這可通過(guò)施涂在護(hù)套的外側(cè)或整個(gè)護(hù)套的聚合物基體上的1-至15-mil層的形式來(lái)完成。該粒子可包括Ceramer(TM)、氮化硼、PTFE、石墨或其任何組合。作為Ceramer(TM)的替代，可用納米粒子增強(qiáng)氟聚合物或其它聚合物，以改善耐磨性和其它機(jī)械性質(zhì)。這可為施涂在護(hù)套的外側(cè)或整個(gè)護(hù)套的聚合物基體上的約1-至10-mil護(hù)套的形式。納米粒子可包括納米粘土(nanoclays)、納米二氧化硅(nanosilica)、納米碳束(nanocarbon bundles)、納米碳纖維(nanocarbon fibers)或任何其它合適的納米材料。
可將軟聚合物(硬度小于50肖氏A)擠出到本發(fā)明中使用的強(qiáng)度元件中的中心絲線上。合適的材料包括但不限于Santoprene，或通過(guò)添加合適的增塑劑軟化的任何其它聚合物。
可將填料棒置于形成于本發(fā)明的電纜的強(qiáng)度元件之間，以及強(qiáng)度元件和中心組件之間的空隙中。另外，一些填料棒包括耐壓縮棒(compression-resistant rod)和包圍該棒的耐壓縮聚合物。該填料棒可由幾個(gè)緊緊地扭轉(zhuǎn)的合成紗或單絲形成。用于制備該耐壓縮填料棒的材料包括但不限于四氟乙烯(TFE)、聚苯硫醚(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酮(PEK)、氟聚合物和合成纖維例如聚酯、聚酰胺、Kevlar(R)、Vectran(R)、玻璃纖維、碳纖維、石英纖維等。用于包圍該填料棒的耐壓縮聚合物的例子包括但不限于Tefzel、MFA、全氟烷氧基樹(shù)脂(PFA)、氟化的乙烯丙烯(FEP)、聚苯硫醚(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)、聚烯烴(例如[EPC]或聚丙烯[PP])、碳纖維增強(qiáng)的氟聚合物等。這些纖維棒也可最小化對(duì)光纖的損害，這是因?yàn)楫?dāng)施加高的張力時(shí)電纜可更好地保持幾何形狀。
形成在本發(fā)明的電纜中使用的護(hù)套材料的材料還可在該材料混合物中包括氟聚合物添加劑或多種氟聚合物添加劑，以形成電纜。這種添加劑可用于以高制造速度制造高質(zhì)量的長(zhǎng)電纜長(zhǎng)度。合適的氟聚合物添加劑包括但不限于聚四氟乙烯、全氟烷氧基聚合物、乙烯四氟乙烯共聚物、氟化的乙烯丙烯聚合物、全氟化的聚(乙烯-丙烯)及其任何混合物。該氟聚合物也可為四氟乙烯和乙烯和任選的第三共聚單體的共聚物、四氟乙烯和偏二氟乙烯和任選的第三共聚單體的共聚物、氯三氟乙烯和乙烯和任選的第三共聚單體的共聚物、六氟丙烯和乙烯和任選的第三共聚單體的共聚物，以及六氟丙烯和偏二氟乙烯和任選的第三共聚單體的共聚物。氟聚合物添加劑應(yīng)該具有低于擠出加工溫度的熔融峰溫度，優(yōu)選在約200℃至約350℃的范圍內(nèi)。為了制備該混合物，將氟聚合物添加劑與聚合物材料混合。可將該氟聚合物添加劑以混合物總重量的約5％或以下、優(yōu)選約1％或以下、更優(yōu)選約0.75％或以下的量結(jié)合到該混合物中。
可將本發(fā)明的電纜中使用的組件相對(duì)于電纜的中心軸以0鋪設(shè)角或任何合適的鋪設(shè)角放置。通常，將中心組件以0鋪設(shè)角放置，而將包圍該中心絕緣導(dǎo)線的強(qiáng)度元件以期望的鋪設(shè)角螺旋地設(shè)置在該中心組件的周?chē)?br> 本發(fā)明的電纜可為任何實(shí)際設(shè)計(jì)，包括單芯電纜、同軸電纜、四芯電纜、七芯電纜、滑線電纜、多線電纜等。在本發(fā)明的同軸電纜設(shè)計(jì)中，多根金屬導(dǎo)線鄰近該中心組件的外周設(shè)置。同樣，對(duì)于本發(fā)明的任何電纜，還可將該絕緣導(dǎo)線包圍在帶中。所有的材料(包括置于該絕緣導(dǎo)線周?chē)膸?都可選擇，從而使得它們能夠化學(xué)地和/或機(jī)械地彼此粘接。本發(fā)明的電纜可具有約1mm至約125mm的外部直徑，并且優(yōu)選地，約2mm至約20mm的直徑。
在本發(fā)明的某些實(shí)施方式中，制造強(qiáng)度元件，在單獨(dú)絲線之間形成的空隙空間中填充聚合物材料，并且同時(shí)使得該強(qiáng)度元件與電纜的聚合物護(hù)套粘接。以下在圖2、3和4中說(shuō)明它。圖2說(shuō)明形成強(qiáng)度元件的方法，空隙空間填充有聚合物材料，并且該聚合物材料有粘結(jié)該強(qiáng)度元件與電纜的聚合物護(hù)套的能力。在圖2中，聚合物材料202被壓縮擠出(compression-extruded)到擠出機(jī)206中的中心絲線204上。聚合物材料202可為無(wú)纖維增強(qiáng)的(non-fiber-reinforced)聚合物、短纖維增強(qiáng)的聚合物、成形的聚合物(formed polymer)或軟聚合物。將外部絲線208(僅指出了一個(gè))從線軸(spool)210釋放，并且在加工點(diǎn)(process point)以合適的鋪設(shè)角在聚合物材料202上成纜，形成強(qiáng)度元件214。在一種實(shí)施方式中，如果使用短纖維增強(qiáng)的聚合物作為聚合物材料202，則該強(qiáng)度元件214可穿過(guò)熱源216(例如電磁熱源)，所述的熱源216充分地加熱聚合物材料202，從而使得外部絲線208變得部分包埋在聚合物材料202中。如果使用軟聚合物或成形的聚合物作為聚合物材料202，則可能不需要熱源216。該強(qiáng)度元件214可穿過(guò)一組滾筒(roller)218，并且如圖3中所表示的，其用于進(jìn)一步將外部絲線包埋到聚合物材料202中，并且保持一致的橫截面結(jié)構(gòu)。然后可將可被短纖維增強(qiáng)的外部聚合物護(hù)套220壓縮擠出到外部絲線208上，以完成該強(qiáng)度元件224。該聚合物護(hù)套消除了電線之間的空隙空間，并使得當(dāng)強(qiáng)度元件成纜到鎧裝的電纜上時(shí)，它被粘接在合適的位置。
在一些實(shí)施方式中，強(qiáng)度元件214可最多具有兩層包圍中心絲線204的絲線，每層具有9根或以下外部絲線208?？赏ㄟ^(guò)重復(fù)圖2中所述的方法施用這些層?？蓪⒕酆衔锊牧?02設(shè)置在每層絲線之上。
下面參考圖3，如以上圖2中所述的一種技術(shù)，其利用偏離約90度角的兩組可調(diào)節(jié)滾筒302和304。如圖3中所示，當(dāng)該強(qiáng)度元件在方向C上移動(dòng)時(shí)，滾筒中具有精確大小的槽306將成纜的外部絲線208均勻地?cái)D壓到聚合物材料202中，結(jié)果得到牢固接觸和包埋的外部絲線208。圖4還通過(guò)強(qiáng)度元件本身的橫截面圖說(shuō)明以上圖2中所述的制備。在圖4中，聚合物材料202被壓縮擠出到中心絲線204上。然后，將外部絲線208(僅指出了一個(gè))在聚合物材料202上成纜。然后將外部絲線208包埋在聚合物材料202中。然后可將外部聚合物護(hù)套220擠出到外部絲線208上，以完成該強(qiáng)度元件224。
圖5A、5B、5C和5D說(shuō)明用于本發(fā)明某些電纜的絞合的絲線強(qiáng)度元件的幾個(gè)實(shí)施方式。在圖5A中，可將軟聚合物或成形的聚合物502設(shè)置在強(qiáng)度元件的中心絲線504上。軟聚合物或成形的聚合物502填充形成于外部絲線506(僅指出了一個(gè))和中心絲線504之間的空隙空間，并且聚合物護(hù)套508(其可為短纖維增強(qiáng)的聚合物護(hù)套)鄰近外部絲線506放置。同樣，形成強(qiáng)度元件510時(shí)不需要加熱。在圖5B中，該設(shè)計(jì)基本上與圖5A中的相同，所不同的是沒(méi)有填充形成于外部絲線506和中心絲線504之間的空隙空間512，而形成強(qiáng)度元件514。圖5C中的強(qiáng)度元件522使用完全并連續(xù)置于中心絲線504之上的短纖維增強(qiáng)的聚合物材料524，并且隔離絲線504和外部絲線506。圖5D，沒(méi)有加聚合物護(hù)套的絞合線強(qiáng)度元件532僅由外部絲線506和中心絲線504組成。
圖6和7A-7F說(shuō)明本發(fā)明的某些電纜實(shí)施方式，和那些電纜的制備，所述電纜是具有轉(zhuǎn)矩平衡的絞合線強(qiáng)度元件的單芯電纜。在圖6中，用擠出機(jī)606將纖維增強(qiáng)的聚合物護(hù)套602壓縮擠出到中心組件604上，其為單芯電纜導(dǎo)線，例如圖1B中的中心組件110。將絞合的絲線強(qiáng)度元件608(僅指出了一個(gè))以合適的鋪設(shè)角從線軸610(僅指出了一個(gè))成纜到聚合物護(hù)套602上。該鋪設(shè)角可與強(qiáng)度元件608中的絲線使用的角度相反(也即，如果將該外部線順時(shí)針成纜到強(qiáng)度元件元件上，則將該完成的強(qiáng)度元件反時(shí)針成纜到電纜上)。接著，包括強(qiáng)度元件608和聚合物護(hù)套602的中心組件604的電纜，沿方向D移動(dòng)，穿過(guò)電磁熱源612。熱量輕微地使纖維增強(qiáng)的護(hù)套602熔融在電纜中心組件604和強(qiáng)度元件608上，并使得強(qiáng)度元件608變得至少部分包埋在電纜中心組件604的聚合物護(hù)套602中。然后該電纜穿過(guò)一組滾筒614以進(jìn)一步包埋強(qiáng)度元件608，并保持一致的橫截面結(jié)構(gòu)。任選地，可將任選涂覆在纖維增強(qiáng)的聚合物中的填料棒616(僅指出了一個(gè))或其它合適的填料物質(zhì)從線軸618(僅指出了一個(gè))施用到強(qiáng)度元件608的外表面之間的槽中。穿過(guò)第二熱源620將使得該填料616至少部分地處于護(hù)套602的聚合物中。第二組滾筒622能夠進(jìn)一步將該填料棒616包埋到合適的位置并保持電纜的結(jié)構(gòu)。然后可將外部纖維增強(qiáng)的聚合物護(hù)套從擠出機(jī)624壓縮擠出到強(qiáng)度元件608和任選的填料棒616上，形成單芯電纜626。
圖7A至7F通過(guò)橫截面顯示圖6中上述的具有轉(zhuǎn)矩平衡強(qiáng)度元件的單芯電纜的制備步驟。圖7A中，用橫截面顯示了加護(hù)套的單芯電纜導(dǎo)線702，其包括包圍單芯電纜絕緣導(dǎo)線706的外部聚合物護(hù)套704。導(dǎo)線706包括中心金屬導(dǎo)線708，以及螺旋地設(shè)置在該中心導(dǎo)線708上的六根外部金屬導(dǎo)線710(僅示出了一個(gè))。將電絕緣聚合物材料712鄰近外部導(dǎo)線710設(shè)置。在圖7B中，近鄰單芯電纜導(dǎo)線702在第一層(或內(nèi)層)中螺旋地設(shè)置多個(gè)強(qiáng)度元件720(在該情況下為8個(gè)，但僅指出了一個(gè))，其類(lèi)似于圖4中所示的強(qiáng)度元件224或者與它相同。在圖7C中，強(qiáng)度元件720包埋于單芯電纜導(dǎo)線702的外部聚合物護(hù)套704中。圖7D顯示可如何將任選的填料棒730(僅指出了一個(gè))設(shè)置為鄰近并接觸兩個(gè)強(qiáng)度元件720。在圖7E中，填料棒730包埋在兩個(gè)強(qiáng)度元件720的聚合物護(hù)套中。圖7F顯示，可將纖維增強(qiáng)的聚合物護(hù)套740壓縮擠出到強(qiáng)度元件720和填料棒730上，以形成單芯電纜750。
圖8A至8F通過(guò)橫截面顯示根據(jù)本發(fā)明具有轉(zhuǎn)矩平衡的強(qiáng)度元件的同軸電纜，其通過(guò)圖6中所述的技術(shù)制備。圖8A中，以橫截面示出了加護(hù)套單芯電纜導(dǎo)線802，其包括包圍同軸絕緣導(dǎo)線806的外部聚合物護(hù)套804。導(dǎo)線806包括中心金屬導(dǎo)線808，以及螺旋地設(shè)置在該中心導(dǎo)線808上的六根外部金屬導(dǎo)線810(僅示出了一個(gè))。將電絕緣聚合物材料812鄰近外部導(dǎo)線810設(shè)置，并將金屬導(dǎo)線814置于電絕緣聚合物材料812的外周上，以形成同軸導(dǎo)線。在圖8B中，近鄰導(dǎo)線802在第一層(或內(nèi)層)中螺旋地設(shè)置多個(gè)強(qiáng)度元件820(僅指出了一個(gè))。在圖8C中，強(qiáng)度元件820包埋于單芯導(dǎo)線802的外部聚合物護(hù)套804中。圖8D顯示鄰近并接觸兩個(gè)強(qiáng)度元820設(shè)置的填料棒830(僅指出了一個(gè))。在圖8E中，填料棒830包埋在兩個(gè)強(qiáng)度元件820的聚合物護(hù)套中。圖8F顯示，可將纖維增強(qiáng)的聚合物護(hù)套840壓縮擠出到強(qiáng)度元件820和填料棒830上，以形成同軸電纜850。
圖9A至9F說(shuō)明本發(fā)明的具有轉(zhuǎn)矩平衡的絞合絲線強(qiáng)度元件的七芯電纜實(shí)施方式。在圖9A中，纖維增強(qiáng)的聚合物護(hù)套904被壓縮擠出到標(biāo)準(zhǔn)的七芯電纜導(dǎo)線906上，其用作該電纜的中心組件902。該七芯電纜導(dǎo)線906基本上是一束七根圖7中所示的單芯電纜絕緣導(dǎo)線706，其中一根導(dǎo)線706a置于中心軸線上，和六根導(dǎo)線706b(僅指出了一個(gè))螺旋地置于中心導(dǎo)線706b上。以鋪設(shè)角將強(qiáng)度元件920(僅指出了一個(gè))成纜到中心組件902上的第一層(或內(nèi)層)中。接著，該電纜穿過(guò)電磁熱源。熱量輕微地使纖維增強(qiáng)的護(hù)套904熔融在電纜中心組件902和強(qiáng)度元件920上，并使得強(qiáng)度元件920變得部分包埋在電纜芯材護(hù)套904中，并且該電纜穿過(guò)一組滾筒以進(jìn)一步包埋該強(qiáng)度元件，并保持一致的橫截面結(jié)構(gòu)，如圖9C中所示。任選地，如圖9D中所示，可將涂覆在纖維增強(qiáng)的聚合物中的較小的強(qiáng)度元件或單一絲線930(僅指出了一個(gè))成纜到強(qiáng)度元件920的外表面之間的槽中。通過(guò)第二熱源，如圖9E所示，可使得該單個(gè)的較小強(qiáng)度元件或單一絲線930變得處于該聚合物中，并且第二組滾筒可進(jìn)一步包埋并保持該電纜的結(jié)構(gòu)。然后，在圖9F中，可將外部纖維增強(qiáng)的聚合物護(hù)套940壓縮擠出到較小強(qiáng)度元件或單一絲線930和強(qiáng)度元件920的外周上。
圖10A至10E說(shuō)明本發(fā)明的又一實(shí)施方式，其為具有轉(zhuǎn)矩平衡的強(qiáng)度元件和螺旋的絕緣導(dǎo)線的電纜。如圖10A中所示，外部纖維增強(qiáng)的聚合物護(hù)套1002被壓縮擠出到中心強(qiáng)度元件224a上，例如圖4和上文中所述的224，以形成中心組件1004。然后在第一層(或內(nèi)層)中將另外的強(qiáng)度元件224b(僅指出了一個(gè))以鋪設(shè)角成纜到中心組件1004上。該鋪設(shè)角與形成強(qiáng)度元件的外部絲線208(參考圖4)所用的角度相反(也即，如果將該外部線順時(shí)針成纜到強(qiáng)度元件上，則將該完成的強(qiáng)度元件反時(shí)針成纜到電纜上)。接著，該電纜穿過(guò)熱源。熱量輕微地使纖維增強(qiáng)的護(hù)套熔融在中心1004和螺旋狀強(qiáng)度元件224b上，使得螺旋狀強(qiáng)度元件224b變得部分包埋在中心強(qiáng)度元件1004上的護(hù)套1002中(如圖10C中所示)。該電纜穿過(guò)一組滾筒以進(jìn)一步將該強(qiáng)度元件224b包埋到護(hù)套1002中，以保持一致的結(jié)構(gòu)。下面參考圖10D，在外部強(qiáng)度元件224b的表面上，將小的絕緣導(dǎo)線1006螺旋地成纜到強(qiáng)度元件224b之間的暴露的外周空隙空間中。選擇該導(dǎo)線1006的尺寸，使得它們不會(huì)伸出由總強(qiáng)度元件224b的圓周E表示的外部結(jié)構(gòu)之外。下面參考圖10E，外部纖維增強(qiáng)的聚合物護(hù)套1008被壓縮擠出到強(qiáng)度元件224b和導(dǎo)線1006上，以形成電纜1010。
圖11A、11B、11C和11D通過(guò)橫截面說(shuō)明本發(fā)明具有轉(zhuǎn)矩平衡的絞合線強(qiáng)度元件的地震管式電纜的構(gòu)造。在圖11A中，聚合物護(hù)套1102(其可為纖維增強(qiáng)的聚合物護(hù)套)被壓縮擠出到電纜中心組件1104，其可為已知的或?qū)Ρ绢I(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見(jiàn)的任何地震管式電纜芯材。將強(qiáng)度元件1106(僅示出了一個(gè))成纜到護(hù)套1102和組件1104之上，如圖11B中所示。接著，該電纜穿過(guò)熱源，并且熱量輕微地使包圍該電纜中心組件1102和強(qiáng)度元件的護(hù)套熔融，使得該強(qiáng)度元件1106變得部分包埋在護(hù)套1102中(參見(jiàn)圖11C)。然后該電纜可穿過(guò)一組滾筒以進(jìn)一步包埋該強(qiáng)度元件1106，并保持一致的結(jié)構(gòu)。如圖11D中所示，將外部纖維增強(qiáng)的聚合物護(hù)套1108壓縮擠出到強(qiáng)度元件1106上，以形成地震電纜(seismic cable)1110。
圖12說(shuō)明本發(fā)明的又一電纜實(shí)施方式。在圖12中，該電纜由強(qiáng)度元件和單獨(dú)導(dǎo)線裝配。將各自含有多根絲線1204(僅指出了一個(gè))的四個(gè)強(qiáng)度元件1202成纜到中心導(dǎo)線1206周?chē)Ｌ摼€圓圈F(僅指出了一個(gè))代表強(qiáng)度元件1202的有效外周。將四根外部絕緣導(dǎo)線1208(僅指出了一個(gè))置于強(qiáng)度元件1202的外側(cè)之間的空間中。在整個(gè)電纜中使用具有任何合適尺寸的單獨(dú)鎧裝線1210(僅指出了一個(gè))作為間隙填料?？蓪⑼獠繉?dǎo)線1208包含在金屬封套1216中。例如，該中心導(dǎo)線1206可為包含在線的不銹鋼管或元件(serve)中的纖維光學(xué)元件。任選地，可將置于金屬封套中的一根或多根導(dǎo)線1208置于該電纜的中心作為導(dǎo)線1206。將設(shè)置的(served)鎧裝線的至少一個(gè)層(在該實(shí)施方式中為兩層)1212和1214置于該高強(qiáng)度電纜芯材電纜的外側(cè)周?chē)?。任選地，可將聚合物填料置于整個(gè)高強(qiáng)度電纜芯材中，以填充所有的間隙空間(interstitial void)。
圖13說(shuō)明本發(fā)明的另一電纜實(shí)施方式。在該情況下，長(zhǎng)連續(xù)纖維聚合物復(fù)合材料1302(僅指出了一個(gè))在電纜芯材中用作強(qiáng)度元件?？蓪⒕哂衅渌鞣N直徑的聚合物材料1304(僅指出了一個(gè))置于整個(gè)電纜芯材中。將聚合物護(hù)套1306擠出到含有聚合物復(fù)合材料1302和1304的高強(qiáng)度芯材上。將小鎧裝線的層1308在內(nèi)部護(hù)套1306周?chē)菪爻衫|，以保持該組件在合適的位置。將聚合物材料與內(nèi)部護(hù)套1306相同的外部護(hù)套層1310置于該鎧裝線1308上。因?yàn)樗鼈冇上嗤牟牧现瞥?，所以?nèi)部1306和外部1310護(hù)套可通過(guò)鎧裝線1308之間的空間粘接?？捎檬蚨毯铣衫w維進(jìn)一步增強(qiáng)該外部護(hù)套1310以提高耐磨性和對(duì)切入的抗性(cut-through resistance)。該高強(qiáng)度芯材可含有絕緣導(dǎo)線1312(僅指出了一個(gè))或包含在管或線套中的光纖1314。
本發(fā)明的任何電纜中，導(dǎo)線和強(qiáng)度元件的數(shù)目和尺寸可根據(jù)具體的設(shè)計(jì)需要而變化。例如，如果使用12至18-AWG線，可使用四根導(dǎo)線1312，如圖13中所示。但是，如果使用8至11-AWG線，那么可使用兩根導(dǎo)線1312。
圖14通過(guò)橫截面說(shuō)明本發(fā)明的另一實(shí)施方式，其使用鄰近中心導(dǎo)線設(shè)置的小強(qiáng)度元件，這種組合形成該電纜的中心組件。強(qiáng)度元件1402(僅指出了兩個(gè))彼此固定，給中心導(dǎo)線1404提供耐壓縮性或耐破裂性。該中心導(dǎo)線1404可為纖維光學(xué)元件或抗壓的(compression-resistant)金屬包封的導(dǎo)線，如上文所述。單獨(dú)的鎧裝線1406(僅指出了一個(gè))可用作強(qiáng)度元件1402之間的間隙填料。任選地，可直線鋪設(shè)該強(qiáng)度元件1402，并用帶松散地包封，以使它們?cè)跇?gòu)造過(guò)程中保持在合適的位置。因?yàn)閮H臨時(shí)使用該帶，它可以不需要重疊。可將設(shè)置的鎧裝線的兩個(gè)或更多層1408包封在強(qiáng)度元件1402的內(nèi)層1410周?chē)?。可將絕緣導(dǎo)線1412(僅指出了一個(gè))均勻地分開(kāi)，分布在強(qiáng)度元件1402的外層1414以內(nèi)。將設(shè)置的鎧裝線的另外的層1416和1418置于包括外部導(dǎo)線1412和強(qiáng)度元件1402的層1414上。
根據(jù)本發(fā)明，也可使用絞合線強(qiáng)度元件的內(nèi)部和外部層獲得轉(zhuǎn)矩平衡的電纜。例如，電纜能夠具有鄰近強(qiáng)度元件內(nèi)層設(shè)置的強(qiáng)度元件的外層，其中該外層由至少四個(gè)(4)外部強(qiáng)度元件形成?？梢砸耘c形成強(qiáng)度元件內(nèi)層的強(qiáng)度元件的鋪設(shè)角相反的鋪設(shè)角，來(lái)定向形成該外層的強(qiáng)度元件。
電纜可包括用作電流回流線(electrical current return wire)的鎧裝線，其給井下設(shè)備或工具提供接地的路徑。本發(fā)明使得可以將鎧裝線用于電流回流，同時(shí)最小化觸電的危險(xiǎn)。在某些實(shí)施方式中，該聚合物材料隔開(kāi)鎧裝線的第一層中的至少一根鎧裝線，由此使得它們可用作電流回流線。
本發(fā)明的電纜可與井筒設(shè)備一起使用以在穿透地質(zhì)建造的井筒中進(jìn)行操作，所述地質(zhì)建造可能含有天然氣和石油儲(chǔ)藏。該電纜可用于將測(cè)井工具連接至井外的一個(gè)或多個(gè)電源和數(shù)據(jù)記錄裝置，所述工具例如γ射線發(fā)生器/接收器、測(cè)徑設(shè)備(caliper devices)、電阻率測(cè)量設(shè)備、地震設(shè)備、中子發(fā)生器/接收器等。本發(fā)明的電纜也可用于地震操作，其包括水下(subsea)和地下地震操作。該電纜也可用作井筒的永久監(jiān)視電纜(permanent monitoringcable)。
以上披露的具體實(shí)施方式
僅是說(shuō)明性的，對(duì)于理解了本申請(qǐng)教導(dǎo)的本領(lǐng)域技術(shù)人員明顯的是，可以以不同但是等價(jià)的方式修改和實(shí)施本發(fā)明。而且，本發(fā)明并不意圖限于本申請(qǐng)中所示的構(gòu)造和設(shè)計(jì)的細(xì)節(jié)，而僅由所附權(quán)利要求限制。因此很明顯，可改變或修改以上披露的具體實(shí)施方式
，并且認(rèn)為所有這些改變都在本發(fā)明的范圍和精神內(nèi)。尤其是，本申請(qǐng)披露的每個(gè)值的范圍(“從約a至約b”的形式，或者等價(jià)地，“從約a至b”，或者等價(jià)地，“約a-b”)應(yīng)該理解為是指值的各自范圍的冪集(power set)(所有子集的集)。因此，本申請(qǐng)要求的保護(hù)范圍如所附權(quán)利要求所示。
權(quán)利要求
1.井筒電纜，其包括
a.中心組件；和
b.強(qiáng)度元件的內(nèi)層，該層包括至少三個(gè)(3)強(qiáng)度元件，其中該內(nèi)層鄰近中心組件以鋪設(shè)角設(shè)置，并且其中每個(gè)強(qiáng)度元件包括
i.中心絲線，
ii.鄰近中心絲線螺旋設(shè)置的至少三根(3)絲線，和
iii.包圍所述中心絲線和鄰近中心絲線設(shè)置的絲線的聚合物護(hù)套。
2.權(quán)利要求1的電纜，其中所述中心組件是絕緣的導(dǎo)線。
3.權(quán)利要求1的電纜，其中該中心組件是強(qiáng)度元件，其包括中心導(dǎo)線、鄰近中心導(dǎo)線螺旋設(shè)置的至少三根(3)絲線和包圍所述中心導(dǎo)線和鄰近中心絲線設(shè)置的絲線的聚合物護(hù)套基體。
4.權(quán)利要求1的電纜，其中所述強(qiáng)度元件螺旋地設(shè)置在中心組件的周?chē)?br> 5.權(quán)利要求1的電纜，其中所述聚合物護(hù)套還包括纖維增強(qiáng)物質(zhì)。
6.權(quán)利要求1的電纜，其中所述絲線可包括高強(qiáng)度金屬或有機(jī)復(fù)合材料。
7.權(quán)利要求6的電纜，其中所述絲線是高強(qiáng)度鋼。
8.權(quán)利要求6的電纜，其中所述絲線是高強(qiáng)度長(zhǎng)連續(xù)纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料。
9.權(quán)利要求1的電纜，其包括螺旋地置于中心組件周?chē)闹辽偎膫€(gè)(4)強(qiáng)度元件。
10.權(quán)利要求9的電纜，其包括鄰近中心絲線螺旋地設(shè)置的至少六根(6)絲線，和包圍所述中心絲線和鄰近中心絲線設(shè)置的絲線的聚合物護(hù)套基體。
11.權(quán)利要求1的電纜，還包括設(shè)置于高強(qiáng)度絞線之間的至少一根導(dǎo)線，所述高強(qiáng)度絞線鄰近中心組件設(shè)置。
12.權(quán)利要求1的電纜，其包括螺旋地設(shè)置在中心組件周?chē)膬蓪訌?qiáng)度元件，其中的空隙空間填充有纖維增強(qiáng)的聚合物材料，并且其中該電纜具有光滑的外表面。
13.權(quán)利要求1的電纜，其中所述中心組件是強(qiáng)度元件，所述強(qiáng)度元件包括中心絲線、鄰近中心組件螺旋地設(shè)置的至少三根(3)絞線和絕緣的金屬導(dǎo)線，優(yōu)選銅或鍍鎳的銅，所述金屬導(dǎo)線設(shè)置于螺旋設(shè)置的強(qiáng)度元件之間形成的空隙中，和聚合物護(hù)套，所述聚合物護(hù)套包圍該中心組件、強(qiáng)度元件和絕緣的金屬導(dǎo)線，其中該電纜具有光滑的外表面。
14.權(quán)利要求1的電纜，其包括螺旋地設(shè)置在中心組件周?chē)膬蓚€(gè)強(qiáng)度元件層，其中的空隙空間填充有鎧裝線，并且配置至少一個(gè)鎧裝線層，其中該電纜具有光滑的外表面。
15.權(quán)利要求1的電纜，其中該中心組件包括光纖。
16.權(quán)利要求1的電纜，還包括鄰近強(qiáng)度元件的內(nèi)層設(shè)置的強(qiáng)度元件的外層，所述外層包括至少四個(gè)(4)強(qiáng)度元件，其中構(gòu)成該外層的強(qiáng)度元件以與構(gòu)成該內(nèi)層的強(qiáng)度元件的鋪設(shè)角相反的鋪設(shè)角定向，并且其中形成該外層的每個(gè)強(qiáng)度元件都包括中心絲線和鄰近該中心絲線螺旋設(shè)置的至少三根(3)絲線。
17.權(quán)利要求16的電纜，其中形成該內(nèi)層和外層的強(qiáng)度元件各自都包括鄰近中心絲線螺旋地設(shè)置的九根(9)絲線。
18.權(quán)利要求1的電纜，其中至少一個(gè)強(qiáng)度元件具有高電導(dǎo)性。
19.井筒電纜，其包括
a.中心組件；
b.強(qiáng)度元件的內(nèi)層，該層包括至少四個(gè)(4)強(qiáng)度元件，其中該內(nèi)層鄰近中心組件以鋪設(shè)角設(shè)置，并且其中每個(gè)強(qiáng)度元件包括
i.中心絲線，
ii.鄰近中心絲線螺旋設(shè)置的至少三根(3)絲線，和
iii.包圍所述中心絲線和鄰近中心絲線設(shè)置的絲線的聚合物護(hù)套；
和，
c.鄰近所述至少四個(gè)(4)強(qiáng)度元件的外周表面螺旋地設(shè)置的至少一個(gè)鎧裝線層。
20.權(quán)利要求19的井筒電纜，其中所述中心組件包括包圍在電線的管或元件中的光纖。
21.權(quán)利要求19的井筒電纜，還包括設(shè)置在形成于強(qiáng)度元件和鎧裝線層之間的空隙中的至少四根(4)絕緣的導(dǎo)線。
22.權(quán)利要求19的井筒電纜，還包括鄰近所述強(qiáng)度元件的內(nèi)層設(shè)置的強(qiáng)度元件的外層，所述外層包括至少四個(gè)(4)強(qiáng)度元件，其中構(gòu)成該外層的強(qiáng)度元件以與構(gòu)成該內(nèi)層的強(qiáng)度元件的鋪設(shè)角相反的鋪設(shè)角定向，并且其中形成該外層的每個(gè)強(qiáng)度元件都包括中心絲線和鄰近中心絲線螺旋設(shè)置的至少三根(3)絲線。
23.井筒電纜，其包括
a.中心組件；
b.鄰近該中心組件設(shè)置的至少四個(gè)(4)強(qiáng)度元件，
c.設(shè)置于該強(qiáng)度元件上的聚合物護(hù)套，和
d.鄰近該聚合物護(hù)套螺旋地設(shè)置的鎧裝線層。
24.權(quán)利要求23的井筒電纜，其中所述中心組件包括包圍在電線的管或元件中的光纖。
25.權(quán)利要求23的井筒電纜，還包括設(shè)置在形成于強(qiáng)度元件和鎧裝線層之間的空隙中的至少四根(4)絕緣的導(dǎo)線。
全文摘要
本發(fā)明披露了由多個(gè)強(qiáng)度元件形成的高強(qiáng)度井筒電纜。該強(qiáng)度元件由幾個(gè)絞合的絲線形成，所述的絲線線可被包圍在聚合物材料的護(hù)套中。該強(qiáng)度元件可用作中心強(qiáng)度元件，或者甚至是鋪設(shè)在中心軸向放置的組件或強(qiáng)度元件周?chē)?，以形成?qiáng)度元件的層。本發(fā)明的電纜可為任何實(shí)際設(shè)計(jì)，包括單芯電纜、同軸電纜、四芯電纜、七芯電纜、滑線電纜、多線電纜等，并具有改善的防腐性、轉(zhuǎn)矩平衡和從井筒至表面的氣體遷移。
文檔編號(hào)H01B7/18GK101253580SQ200680031934
公開(kāi)日2008年8月27日 申請(qǐng)日期2006年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月30日
發(fā)明者約瑟夫·瓦基, 加魯?shù)隆に估镞_(dá) 申請(qǐng)人:普拉德研究及開(kāi)發(fā)股份有限公司