具有减小直径的井下缆线制造技术

用于井下环境的光学/电气缆线，包括布置在内部金属管内的多个光纤。导电层包围内部金属管，绝缘层包围并且接触导电层，并且外部金属管包围并且接触绝缘层。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有减小直径的井下缆线
本公开内容一般地涉及光学/电气缆线，并且尤其涉及用于井下应用的缆线，缆线具有包裹在金属管中的多个光纤以及同轴地包围金属管用于传导电流的导电层。
技术介绍
存在几种类型的缆线用于在危险环境下，诸如在油井或者气井中的井下应用中监控环境状况、发送通信和提供电功率。一种类型是“管包裹导体”(TEC)缆线。TEC缆线表示特性地具有布置在金属管内的电导体，金属管用于保护导体不受危险环境破坏。TEC缆线用于将电功率传输到位于缆线远端、监控诸如温度和压力这样井下环境中的状况的各种设备。用于危险环境的另一种类型的缆线是“管包裹纤维”(TEF)缆线。与TEC缆线相类似，TEF缆线通过将纤维布置在小的金属管内(称作“金属管中纤维”或者“FIMT”)保护光纤不受环境破坏。TEF缆线可以在油井和气井中用作纤维波导以传送来自井下工具的数据，或者作为用于分布式温度感测(DTS)、分布式声感测(DAS)或者其他感测应用的传感器。当缆线包含包裹在一个或多个管中的电导体和光纤时，缆线称作TEC/TEF缆线。市售的TEC/TEF井下缆线可以具有1/4英寸(例如，6.35mm)直径钢管作为外壳。它包含绝缘的导体和包裹光纤的另一个钢管。1/4英寸直径的TEC/TEF缆线典型地用于油井中的永久安装。如从例如因特网站点http://pertrowiki.org/Coiled_tubing_drilling知道，盘绕管勘测和盘绕管钻井也是井下缆线的常见应用。术语“盘绕管(coiledtubing)”指卷在大的卷轴上的长金属管，通常直径为2.5cm至8.25cm。管用于油井和气井中的干预并且有时作为枯竭气井的生产管。术语“盘绕管钻井”指盘绕管和定向钻井(例如，非垂直钻井)的组合，使用泥浆马达为钻井储层创建系统。关于盘绕管的新兴技术是使用TEF缆线内的光纤传感器根据分布式温度传感器(DTS)或者数据采集系统(DAS)技术对油井建立剖面(profile)。小直径的TEF缆线，亦即，外径不超过4mm的缆线可以在盘绕管下降到油井或者气井中之前注入到盘绕管中。为了进一步增强井身剖面，当使用盘绕管进行感测时，可以使用机电压力传感器。然而，那些传感器需要不由TEF缆线提供的电流。作为TEF缆线内FIMT的部分的不锈钢管通常由于它的电阻太高而不具有充足的载流容量。提供纤维感测和电流的市售TEC/TEF缆线对于部署在直径为1/4英寸(6.35mm)的盘绕管中来说太大且太重。关于用于盘绕管部署的TEF缆线的现场经验已经例证可以使用的感测缆线的最大外径是4mm。美国专利8,295,665(’665专利)公开一种井下混合型缆线，包括中央纤维/凝胶填充的不锈钢管，铜线环绕该管，以及围绕铜线管的绝缘层。铜线布置在由金属管形成的螺旋空间中。金属管和铜元素放置到金属管内。金属管具有1/4英寸直径(6.35mm)。美国专利5,493,626(’626专利)公开一种对于高压环境用于在测井系统中使用的井下电气/光学仪器缆线。缆线包括由保护材料和凝胶层包围并且由保护套管封装的用于信号通信的单个、密闭光纤。套管可以是激光焊接金属管。可选内部绝缘体与外部绝缘体层之间的一层电导体包围保护管并且由除了铜的螺旋“伺服”之外的编织铜形成。多个强力构件绞股包围外部绝缘体层。强力构件包括在一个方向螺旋地缠绕外部绝缘体层的不锈钢绞股的内部层，以及以相反的伺服或者缠绕螺旋地缠绕强力构件绞股的内部层的不锈钢绞股的外部层。绞股和铜编织层传导并且可以提供电功率供给回路。缆线的总直径近似为5.77mm，但是它可以在大约4.76mm至大约7.94mm的范围内变化。美国专利8,931,549(’549专利)公开用于海洋潜水和地下油井和气井的测井的缆线。’549专利得出结论具有环绕钢线和实心铜导体的常规测井缆线对于深海井是不足够的。公开的缆线包括封装在聚合材料中的至少一个光纤，其中光纤缆线宽松地布置在铍合金管中。传导性的铍合金管封装在非晶介电材料中，非晶介电材料进一步在它的外表面由非晶聚合导电材料封装。这个外层可以是锌、锡或者其他材料环绕、溅射或者掺杂表面以形成对于机械和电磁效应的防护。PCT国际公布WO2009/143461(’461公布)公开用于在井下环境中，诸如油井或者气井中使用、用于传达测井工具的缆线。特别地，’461公布公开包括优选地由能够载运数据信号的通信元件形成的圆柱形中央芯线，诸如光纤的缆线，中央芯线可以包裹在保护性金属管中。缆线然后包括目的在于在保护性管中保护聚合物纤维层的同心层。围绕聚合物纤维层的内层和外层的至少一个，以及可能地全部两个由实心电导体，诸如金属导体形成是优选的。如果芯线被设计为通过增加“水封”剂或者液而消除芯线上上下下的气体、水和腐蚀性迁移，那么聚合物纤维层内部的层可能是不必要的。如果内层和外层的任一不是由金属材料形成，那么那层将优选地由塑料材料，诸如聚醚乙酮(PEEK)或者另一种高密度聚丙烯形成。外部保护性套管将再次优选地由PEEK，或者对于磨损、温度和侵入性材料具有出色阻抗的另一种塑料材料形成。’461公布公开外径大致在0.3英寸与0.5英寸(大约7-13mm)之间的缆线将最大受益于该构造。欧洲专利公布EP0945876(’876公布)公开用于安装在流体介质的管道中(例如，在污水、淡水或者气体管线中)的混合缆线，具有排列在保护性套管中的至少一个光学波导、一个或多个电导体以及包围电导体和保护性套管的护套。特别地，’876公布公开具有两个同心金属管的混合缆线，其中至少外部一个是褶皱的。绝缘层分离两个金属管，并且聚乙烯的护套包围外部管。内部管包围多个光纤。在许多情况下，内部金属管的传导性可以通过使用高传导性的金属覆盖它的表面而充分地实现。PCT国际公布WO2015/038150(’150公布)公开可以合并到光纤钢丝(在总体外径基本上小于大约0.25英寸，亦即6.35mm的输送线上运行的应用)中的光纤电芯。每个由常规聚合缓冲形成护套的一个或多个光纤线可以以宽松的方式放置在焊接的钢管中，足够厚的电绝缘聚合物层在那附近并且由传导部件包围。导电部件也可以由绝缘聚合物护套包围。为了完成光纤钢丝，光纤电芯可以由人造纤维层包围。在随后的披覆层与纤维人造层之间的粘结可以借助于介于中间的粘结层而增强。披覆层可以是常规基于金属的层，诸如钢护套。申请人已经面临提供具有极小直径，尤其适合于盘绕管钻井应用的不超过4mm直径的TEC/TEF井下缆线的问题。那些缆线需要能够在盘绕管下降到油井或者气井之前插入到盘绕管柱中。设计用于测井应用的TEC/TEF缆线太大，典型地具有6.35mm的外径，这可能难以插入盘绕管中并且插入有限的长度(不大于3km)。虽然已知直径在4mm内的一些TEF缆线，但是那些小直径的TEF缆线不具有电导体，由于它们的不锈钢管的高电阻，它们也不具有足够的载流容量。
技术实现思路
为了在小空间内提供充足的载流容量，申请人以同轴地包围包裹光纤的金属管的导电层的形式提供导体。使用同轴设计，传导层和光纤可以适合在满足盘绕管钻井尺寸需求的小直径(例如，不超过4mm)缆线内。同轴配置的TEC/TEF缆线将用于分布式温度感测(DTS)和分布式声感测(DAS)的充足数量的光纤，连同将电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于井下环境的光学/电气缆线，包括：多个光纤，布置在内部金属管内；导电层，包围所述内部金属管；绝缘层，包围并且接触所述导电层；以及外部金属管，包围并且接触所述绝缘层。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.12.28 US 14/980,2181.一种用于井下环境的光学/电气缆线，包括：多个光纤，布置在内部金属管内；导电层，包围所述内部金属管；绝缘层，包围并且接触所述导电层；以及外部金属管，包围并且接触所述绝缘层。2.根据权利要求1所述的缆线，其中所述外部金属管具有至多4.0mm的外径。3.根据权利要求1所述的缆线，其中所述内部金属管包括不锈钢。4.根据权利要求1所述的缆线，其中所述外部金属管包括钢合金。5.根据权利要求1所述的缆线，其中所述导电层包括铜。6.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·E·洛维尔，E·维恩塞克，M·丹尼，M·伯德齐奥尼，
申请(专利权)人：普睿司曼股份公司，
类型：发明
国别省市：意大利,IT