具有绞合线强度元件的电缆制造技术

本发明专利技术披露了由多个强度元件形成的高强度井筒电缆。该强度元件由几个绞合的丝线形成，所述的丝线线可被包围在聚合物材料的护套中。该强度元件可用作中心强度元件，或者甚至是铺设在中心轴向放置的组件或强度元件周围，以形成强度元件的层。本发明专利技术的电缆可为任何实际设计，包括单芯电缆、同轴电缆、四芯电缆、七芯电缆、滑线电缆、多线电缆等，并具有改善的防腐性、转矩平衡和从井筒至表面的气体迁移。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及铠装井筒测井电缆(logging electric cables)。一方面，本专利技术涉及基于绞合强度元件的高强度电缆，其与各种设备一起使用来分析邻近井筒的地质构造。
技术介绍
一般地，地球中含石油和/或石油气的地质建造具有可能与地层包含这种产品的能力有联系的性质。例如，含石油或石油气的地层具有比含水的地层高的电阻率。通常包括砂岩或石灰石的地层可能含有石油或石油气。通常包括页岩(页岩也可封装含石油的地层)的地层可具有比砂岩或石灰石大得多的空隙率，但是，由于页岩的粒度(grain size)非常小，分离页岩中所积存的石油或气可能非常困难。因此，需要测量邻近井的地质构造的各种特性，以帮助确定含石油和/或石油气地层的位置，以及积存在该地层中的石油和/或石油气的量。 可将通常为长管形设备的测井工具(logging tool)放下到井中，以测量井的不同深度处的这种特性。这些测井工具可包括γ射线发射器/接收器、测径规设备、电阻测量设备、中子发射器/接收器等，这些工具用来侦测邻近该井的地层的特性。铠装钢丝的测井电缆(wireline armored logging cable)连接测井工具与在地表的一个或多个电源和数据分析装置，以及当沿着井放下和提起测井工具时给测井工具提供结构支撑。通常，测井电缆(wirelinecable)通过几个滑轮从卡车或海上装置的磁鼓设备(drum unit)中卷出，并下到井中。铠装的测井电缆常常必须具有高强度，以悬挂工具的重量以及电缆本身的重量。 测井电缆通常由金属导线、绝缘材料、填料、护套和铠装线(Armor wire)的组合形成。护套常常包围电缆芯材，其中，该芯材含有金属导线、绝缘材料、填料等。铠装线常常围绕该护套和芯材。测井电缆中使用的铠装线用于几个目的。当该电缆在井下表面上受到磨损时，它们给电缆芯材中的导线提供物理保护。它们负担下井仪器串(tool string)和悬挂在井中的几千英尺长的电缆的重量。导致测井电缆损害的两种通常原因是铠装线腐蚀和转矩不平衡。腐蚀通常会导致形成弱化的或破碎的铠装线。 铠装线通常由涂覆有用于防腐的锌的冷拉珠光体钢(cold-drawnpearlitic steel)构成。虽然锌在中温保护钢，但是研究表明，在升高的温度时会发生锌在水中的钝化(也即，失去它的防腐性)。一旦铠装线开始生锈，它就迅速失去强度和延展性。虽然电缆芯材可能仍然有用，但是更换铠装线在经济上是不可行的，所以必须丢弃整个电缆。一旦腐蚀性流体渗入到环状间隙中，就难以或者不可能完全除去它们。甚至是在清洁电缆之后，腐蚀性流体仍然保留在环状空隙中腐蚀该电缆。结果，电缆腐蚀基本上是一个连续的过程，其开始于测井电缆首次进入到井中的行程。 当将轴向载荷施加到电缆上时，铠装线的螺旋状排列导致该电缆产生扭转载荷(torsional load)。该载荷的大小取决于铠装线的螺旋状排列和尺寸。有两种减小所产生的转矩的大小的常规方法(1)大量增加螺旋长度(helixlength)，或者(2)在外侧上使用较小直径的铠装线，而在内侧使用较大直径的铠装线。这些选择对于测井电缆都不是非常实用。第一种方法增加该电缆对挠曲的刚性。第二种方法会由于磨损问题导致电缆寿命降低。该电缆也会由于在电缆载荷过程中产生的径向力而经历直径的减小。这会压缩电缆芯材，并且会导致导线上的绝缘蠕变(insulation creep)，从而可能导致短路或导线断裂。在电缆的扭转载荷过程中，该电缆的有效断裂载荷(effectivebreak load)会由于载荷在两层铠装线上的分布而降低。同样，当使用内部和外部线铠装层(各自具有螺旋结构定向的线)时，这会导致当电缆经受轴向载荷时产生转矩。 常规的铠装线电缆遇到的另一问题发生在高压井中，该测井电缆穿过一个或几个长度的管道系统，其填充有润滑脂，以密封井中的气压同时容许该电缆在井中穿进穿出。因为该铠装线层具有未填充的环状空隙，来自井中的气体会向上朝较低压方向迁移到这些缝隙中并穿过这些缝隙移动。当测井电缆穿过填充润滑脂的管道移动时，该气体往往会保持在原位。当测井电缆越过管道顶部的上滑轮时，该铠装线往往会轻微地分展开并且释放增压气体，此处会成为爆炸的隐患。 因此，需要具有改善的耐腐蚀性和扭矩平衡，同时可有效地制造的高强度铠装的井筒电缆(wellbore electric cable)。另外，需要帮助防止或最小化气体从井筒中迁移的电缆。非常需要能够克服一种或多种以上详述的问题、同时传导更大量的功率、具有显著的数据信号传递能力的电缆，通过以下专利技术至少部分满足这种需要。
技术实现思路
本专利技术涉及井筒电缆，尤其是，本专利技术涉及由强度元件形成的高强度电缆。借助于各种设备使用该电缆来分析邻近井筒的地质构造。本专利技术的电缆可为任何实际设计，包括单芯电缆(monocable)、同轴电缆、四芯电缆(quadcable)、七芯电缆(heptacable)、滑线电缆(slickline cable)、多线电缆(multi-line cables)等。此处所述的电缆具有改善的耐腐蚀性、扭矩平衡，并且也可帮助防止或最小化危险气体从井筒向表面迁移。 本专利技术的电缆使用装有聚合物护套的绞合丝线(stranded filaments)作为增强元件。丝线是单一连续的金属线，其具有电缆的长度。捆束多根丝线以形成强度元件，并且可包括包围该丝线的聚合物护套。该强度元件可用作中心强度元件，或者甚至是铺设在中心轴向设置的组件或强度元件周围，以形成强度元件层。也可形成多于一层的强度元件。 在一种实施方式中，该电缆是井筒电缆，其包括中心组件(centralcomponent)和强度元件的内层。该层包括至少三个(3)强度元件，其中该内层邻近中心组件以铺设角(lay angle)设置。每个形成该层的强度元件包括中心丝线、邻近中心丝线螺旋设置的至少三根(3)丝线，和包围所述中心丝线和邻近中心丝线设置的丝线的聚合物护套。 在一种实施方式中，该电缆包括中心组件、强度元件的内层、由至少四个(4)强度元件形成的层，其中该内层邻近中心组件以铺设角设置。每个强度元件包括中心丝线、邻近中心丝线螺旋地设置的至少三根(3)丝线，和包围所述中心丝线和邻近中心丝线设置的丝线的聚合物护套。另外，至少一个铠装线层螺旋地设置在该强度元件的外周表面。 本专利技术也披露了井筒电缆，其由中心组件、邻近中心组件设置的至少四个(4)强度元件、置于该强度元件上的聚合物护套，以及邻近聚合物护套螺旋地设置的铠装线层所形成。 附图简述 可通过参考以下描述，结合附图理解本专利技术，在附图中 附图说明图1A和1B说明一种实施方式，其中单独丝线相对于形成电缆的强度元件的方向以反向旋转角(counter-rotational angle)被绞合在一起。 图2表示形成强度元件的方法，所述强度元件的空隙空间填充有聚合物材料，该聚合物材料有粘结该强度元件与电缆的聚合物护套的能力。 图3说明包埋和成型设置在聚合物层上的外部丝线的一种方法。 图4通过强度元件本身的横截面图说明图2中所述的制备。 图5A、5B、5C和5D说明用于本专利技术某些电缆的绞合的丝线强度元件的几个实施方式。 图6说明含有转矩平衡的绞合线强本文档来自技高网...

【技术保护点】
井筒电缆，其包括：　　　　ａ．中心组件；和　　　　ｂ．强度元件的内层，该层包括至少三个（３）强度元件，其中该内层邻近中心组件以铺设角设置，并且其中每个强度元件包括：　　　　ｉ．中心丝线，　　　　ｉｉ．邻近中心丝线螺旋设置的至少三根（３）丝线，和　　　　ｉｉｉ．包围所述中心丝线和邻近中心丝线设置的丝线的聚合物护套。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2005-6-30 60/695,616;US 2006-4-12 11/279,5181.井筒电缆，其包括a.中心组件；和b.强度元件的内层，该层包括至少三个(3)强度元件，其中该内层邻近中心组件以铺设角设置，并且其中每个强度元件包括i.中心丝线，ii.邻近中心丝线螺旋设置的至少三根(3)丝线，和iii.包围所述中心丝线和邻近中心丝线设置的丝线的聚合物护套。2.权利要求1的电缆，其中所述中心组件是绝缘的导线。3.权利要求1的电缆，其中该中心组件是强度元件，其包括中心导线、邻近中心导线螺旋设置的至少三根(3)丝线和包围所述中心导线和邻近中心丝线设置的丝线的聚合物护套基体。4.权利要求1的电缆，其中所述强度元件螺旋地设置在中心组件的周围。5.权利要求1的电缆，其中所述聚合物护套还包括纤维增强物质。6.权利要求1的电缆，其中所述丝线可包括高强度金属或有机复合材料。7.权利要求6的电缆，其中所述丝线是高强度钢。8.权利要求6的电缆，其中所述丝线是高强度长连续纤维增强的复合材料。9.权利要求1的电缆，其包括螺旋地置于中心组件周围的至少四个(4)强度元件。10.权利要求9的电缆，其包括邻近中心丝线螺旋地设置的至少六根(6)丝线，和包围所述中心丝线和邻近中心丝线设置的丝线的聚合物护套基体。11.权利要求1的电缆，还包括设置于高强度绞线之间的至少一根导线，所述高强度绞线邻近中心组件设置。12.权利要求1的电缆，其包括螺旋地设置在中心组件周围的两层强度元件，其中的空隙空间填充有纤维增强的聚合物材料，并且其中该电缆具有光滑的外表面。13.权利要求1的电缆，其中所述中心组件是强度元件，所述强度元件包括中心丝线、邻近中心组件螺旋地设置的至少三根(3)绞线和绝缘的金属导线，优选铜或镀镍的铜，所述金属导线设置于螺旋设置的强度元件之间形成的空隙中，和聚合物护套，所述聚合物护套包围该中心组件、强度元件和绝缘的金属导线，其中该电缆具有光滑的外表面。14.权利要求1的电缆，其包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：约瑟夫瓦基，加鲁德斯里达，
申请(专利权)人：普拉德研究及开发股份有限公司，
类型：发明
国别省市：VG[英属维尔京群岛]