增强的井筒电缆制造技术

本发明专利技术的井筒电缆包括至少一根绝缘导线、至少一层包围该绝缘导线的铠装线，和聚合物材料，所述聚合物材料置于铠装线之间形成的间隙、和铠装线层和绝缘导线之间形成的间隙中，还可包括耐磨粒子或者甚至是短纤维，并且聚合物材料还可形成包围外部铠装线层的聚合物护套。绝缘导线由多根包装在绝缘护套中的金属导线形成。本发明专利技术也披露制备电缆的方法，包括：将聚合物材料的第一层挤出到至少一根绝缘导线上；将第一铠装线层施用于聚合物材料上；使聚合物材料软化，以部分包埋铠装线；将聚合物材料的第二层挤出到铠装线上；将第二外部铠装线层施用于其上；软化聚合物材料以部分包埋第二铠装线层；并且任选地将聚合物材料的第三层挤出到包埋在聚合物材料的第二层中的外部铠装线上。本发明专利技术还披露在地震和井筒操作中使用本发明专利技术的电缆的方法，其包括测井操作。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及井筒电缆(wellbore electric cable)以及制造和使用这种电缆 的方法。 一方面，本专利技术涉及耐久的和密封转矩均衡的增强电缆，制造它 的方法，以及这种电缆的用途，所述电缆与井筒设备一起使用以分析邻近 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 构造高的电阻率。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 石大得多的孔隙率，但是，由于页岩的粒度(grainsize)非常小，分离页岩中 所积存的石油或气可能非常困难。因此，需要在井完成之前，测量邻近井 的地质建造的各种特性，以帮助确定含石油和/或石油气构造的位置，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(loggingtool)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y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。测井电缆(wireline 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，测井电缆通过滑轮从卡车中巻出，并下到井中。测井电缆通常由金属导线、绝缘材料、填料、护套和金属铠装线(armor wire)的组合形成。通常，井筒电缆的使用寿命典型地仅限于约6至24个月， 这是因为该电缆可能由于暴露于极其腐蚀性的成分，或很少或没有进行电 缆强度元件如铠装线的维护而受到损害。限制测井电缆寿命的主要因素是 铊装线的失效，其中井下井筒环境中存在的流体导致铠装线的腐蚀和失效。铠装线通常由涂覆有防腐用锌的冷拔珠光体钢(cold-drawn pearliticsteel)构成。虽然锌在中等温度(moderatetemperature)保护钢，但是已知，在 高温和特定环境条件下可能容易发生腐蚀。虽然电缆芯材可能仍然可发挥 功能，更换铠装线通常在经济上是不可行的，并且必须丢弃整个电缆。一 旦腐蚀性流体渗入环隙(annular gap)中，就难以或不可能完全除去它们。即 使在清理电缆之后，腐蚀性流体保留在间隙(interstitial spaces)中损害电缆。 结果，电缆腐蚀基本上是一个连续的过程，该过程可开始于测井电缆浸入 井中的第一次行程。 一旦铠装线开始被侵蚀，很快就会失去强度，并且必 须更换整个电缆。井筒电缆中的铠装线也有几个操作上的问题，包括铠装 线各层之间的转矩不平衡、难以密封不均勻的外部结构，和松散或破碎的 乾装线(loose or broken armor wire)。在具有表面压力的井中，电缆穿过一个或几个一定长度的填充有润滑 脂的管道(也称为流管)，以密封井中的气压，同时容许测井电缆进出该井。 因为铠装线层具有未填充的环隙或间隙，来自井的危险气体会向上朝较低 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，可将该铠装线分展开或轻微地分离并且释放增压气体，此处会 成为着火或爆炸的隐患。另外，当具有两层铠装线的电缆处于张力下时， 通常以相反的铺设角(lay angle)形成电缆的内部和外部铠装线以相反的方向 轻微旋转，这会导致转矩不平衡的问题。为了产生转矩平衡的电缆，内部 铠装线将必须比外部铠装线稍微大一些，但是较小的外部线会由于摩擦和 暴露于腐蚀性流体而迅速失效。因此，将较大的铠装线置于测井电缆的外 侧，这会导致转矩不平衡。铠装的井筒电缆也会由于铠装线之间的点对点接触而磨损。点对点接 触磨损可发生在内部和外部铠装线层之间，或者甚至是同一层中铠装线之 间的面对面接触。当在张力下并且当电缆越过滑轮时，径向负载导致外部 和内部铠装线之间的点负载。铠装线层之间的点负载会除去锌涂层，并在 内部和外部铠装线中的接触点处切出槽(groves )。这导致强度降低，导致过早腐蚀并可加速电缆疲劳失效。也由于内部铠装线和电缆芯材之间有环 隙或间隙，当测井电缆处于张力下时，电缆芯材材料往往会蠕变，由此减 小电缆直径，并导致电缆的线型伸长以及过早的电短路(electrical short)。当将井筒电缆放下到畅通无阻的井中时，下井仪器串旋转以释放电缆 中的转矩，这是很正常的。当下井仪器串卡在井中(例如在一个阻塞处或在斜钻井(deviated well)中的弯曲处)时，电缆张力通常是循环的，直到电缆能 够连续上或下该井为止。这种跳跃运动导致张力和转矩的迅速变化，这会 导致几个问题。张力的突然改变会导致张力在电缆长度方向上的不均匀， 这会导致铠装线形成圓拱结构(birdcage)。松弛的电缆也会自成环并在测 井电缆中形成结。同样，对于井筒电缆，通常的解决方案是用笼筐(cage) 保护铠装线。在笼筐的设计中，将聚合物护套施用在外部铠装线上。直接 施用在铠装线的标准外层上的护套实质上是一个套管(sleeve)。这种类型的 设计具有几个问题，例如当护套受到损害时，有害的井流体进入并被限制 在护套和铠装线之间，导致腐蚀，并且由于损害发生在护套之下，所以它 可能会继续进行而不被注意，直到导致灾难性失效。同样，在井筒操作过程中，例如在斜钻井中测井，井筒电缆与井筒表 面显著接触。电缆的铠装线形成的螺旋脊(spiraled ridge)通常在井筒侧面侵 蚀出槽，并且由于井内侧的压力往往高于井外侧的压力，所以电缆倾向于 卡在形成的槽中。另外，接触并相对井筒壁移动的电缆的活动可从铠装线 除去保护性锌涂层，导致腐蚀速度的增加，由此降低电缆寿命。因此，防止井筒气体迁移和逃逸的井筒电缆需要是抗转矩的，具有耐 用的护套，避免形成圆拱结构(birdcaging)、由于高铠装而导致的铠装线渗水 (milking)、 成环和打结的问题，并且耐拉伸(stretch-resistant)， 耐压碎 (crush-resistant), 以及抗材料蠕变和压差卡住(differential sticking),其中所 述护套抗剥离、褶皱、刺穿、腐蚀、摩擦。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
本专利技术的一个方面提供井筒电缆。该电缆包括至少一根绝缘导线、至 少一层包围(surrounding)该绝缘导线的铠装线，和聚合物材料，所述聚合物 材料置于铠装线之间形成的间隙以及铠装线层和绝缘导线之间形成的间隙 中。该绝缘导线由多根包覆(encase)在绝缘护套中的金属导线形成。在本发 明的一些实施方式中，聚合物材料形成包围外部铠装线层或第二铠装线层 的聚合物护套。可以这种方式选择和加工聚合物材料，以促进连续结合(bond)的材料层。该聚合物材料选自聚烯烃、聚芳基醚醚酮、聚芳基醚酮、聚苯 硫醚、乙烯-四氟乙烯的聚合物、聚(l,4-亚苯基)的聚合物、聚四氟乙烯、全 氟烷氧基聚合物、氟化的乙烯丙烯聚合物、全氟曱氧基聚合物本文档来自技高网...

【技术保护点】
井筒电缆，其包括至少一根绝缘导线、至少一层包围该绝缘导线的铠装线，和聚合物材料，所述聚合物材料邻接地置于铠装线之间形成的间隙以及铠装线和绝缘导线之间形成的间隙中。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2005-1-12 11/033,6981.井筒电缆，其包括至少一根绝缘导线、至少一层包围该绝缘导线的铠装线，和聚合物材料，所述聚合物材料邻接地置于铠装线之间形成的间隙以及铠装线和绝缘导线之间形成的间隙中。2. 权利要求1的电缆，其中聚合物材料形成包围外部铠装线层的聚合 物护套，并且其中绝缘导线包括多根包覆在绝缘护套中的金属导线。3. 前述权利要求任一项的电缆，其中绝缘导线包括置于金属导线周围 的第一绝缘护套层，和置于第一绝缘护套层周围的第二绝缘护套层，其中 该第一绝缘护套层具有第一相对介电常数，第二绝缘护套层具有小于第一 相对介电常数的第二相对介电常数；其中第一相对介电常数为约2.5至约10.0，第二相对介电常数为约1.8 至约5.0。4. 前述权利要求任一项的电缆，其还包括多根包围绝缘导线的金属导线。5. 前述权利要求任一项的电缆，其中该聚合物材料选自聚烯烃、聚芳 基醚醚酮、聚芳基醚酮、聚苯硫醚、改性的聚苯硫醚、乙烯-四氟乙烯的聚 合物、聚(l,4-亚苯基)的聚合物、聚四氟乙烯、全氟烷氧基聚合物、氟化的 乙烯丙烯聚合物、聚四氟乙烯-全氟曱基乙烯基醚聚合物...

【专利技术属性】
技术研发人员：约瑟夫瓦基，金秉俊，加鲁德斯里达，努尔赛特，韦恩富林，
申请(专利权)人：施蓝姆伯格技术公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]