[发明专利]高强度/重量比细钢丝绳和多线电缆

说明书

技术领域

本发明大致涉及一种油田作业中使用的细钢丝绳电缆(slicklinecables)。

背景技术

电线中的光纤元件或永久检测电缆对于数据传输应用具有大的潜力。不幸地，这种潜力被使它们在油田作业中易受损的几个缺点所抵消。例如，高温下暴露于氢导致光纤发黑，从而导致数据传输能力下降。光纤上的涂层或其它聚合物保护层中的挥发性有机化合物(VOCs)的蒸发释放氢，这能够侵袭光纤和使光纤变黑。氢侵袭存在水的玻璃是另一种损坏源。

进一步地，当与其它电缆元件相比，光纤的线性拉伸是有限的。这要求在光纤元件中具有额外的光纤长度，这导致制造过程复杂化。光纤元件结构缺乏横向强度会导致潜在加载点和微小弯曲的问题。这会导致光纤的机械失效和/或信号衰减。

图1A显示典型的细钢丝绳电缆。如图所示，细钢丝绳电缆100由包含在内部钢管120内的光纤110构成，内部钢管120涂覆有聚合(其可以是连续的或长的强化纤维)化合物130。然后绝缘层140(其可包括环氧或其它热塑性等热固性树脂)附加在高分子复合物(polymer composite)130上以便完成细钢丝绳芯。最后，外部钢管150在细钢丝绳芯上牵引以便完成细钢丝绳电缆100。

这种设计遇到几个问题。细钢丝绳芯的高分子复合物130在制造期间可变成椭圆形。内部钢管120可偏移高分子复合物130内的中心。当内部钢管120和外部钢管150之间的高分子复合物130厚度不足(例如，由于收缩或其它因素)，当电缆在槽轮上弯曲或缠绕时高分子复合物130和外部钢管150会彼此分离。

此外，细钢丝绳电缆中使用不同材料会具有不同的热膨胀系数，这会导致一些问题。例如，在制造期间，高分子复合物130和内部钢管120容易膨胀。由于高分子复合物130固化和冷却，它容易收缩和脱离内部钢管120。此外，内部钢管120在纵向上的收缩得比高分子复合物130多。在固化化合物期间，光纤会短时间经受400～500°F的固化温度，这会损坏光纤的聚合物涂层。同样，化合物的(纤维整理)会与环氧尸硬化(epoxycuring)干涉。

改进细钢丝绳电缆的一种方法是给光纤涂覆树脂套以便形成更耐用的光纤。图1B显示这种光纤，其具有在商业可获得的光纤110上的连续或长的强化热固性树脂套115。

尽管图1B所示的光纤更强，但是给光纤涂覆化合物树脂套的过程会导致一些问题。例如，由于拉挤过程(pultrusion process)中的加载点会引起光纤的高损失。环氧尸硬化时发生的收缩会影响光纤，并产生信号衰减问题。这需要仔细处理光纤以便尽可能地减少加载点，并且拉伸过程中的过拉(overpull)会导致制造困难和耗时。这些光纤元件遇到的信号衰减的高发生率在油田分布式温度系统测量和需要长距离遥控的应用中是不能接受的。

发明内容

本发明的一个方面涉及一种细钢丝绳电缆。根据本发明的一个实施例的细钢丝绳电缆包括：预制的聚合物复合杆(polymer composite rod)，所述预制的聚合物复合杆中具有通道；光纤，所述光纤设置在通道中；紧固件，所述紧固件将光纤固定在通道内，其中所述紧固件由从聚合物带、聚合物层、和聚合物带与聚合物层的组合所组成的组中选择的材料形成；和外部管，所述外部管设置在聚合物复合杆的外部，所述聚合物复合杆中具有光纤。

本发明的另一个方面涉及一种用于制造细钢丝绳电缆的方法。根据本发明的一个实施例的方法包括如下步骤：预制其中具有至少一个通道的聚合物复合杆；将至少一个光纤放置在聚合物复合杆中的至少一个通道中；使用聚合物带、聚合物层、或聚合物带与聚合物层的组合把至少一个光纤固定在至少一个通道中；把外部管设置在聚合物复合杆上。

根据下面的说明和所附权利要求，本发明的其它方面和优点将变得显然。

附图说明

图1A显示现有技术的细钢丝绳电缆；

图1B显示光纤芯的现有技术设计，该光纤芯具有包围光纤的聚合化合物层；

图2显示根据本发明的一个实施例的用于制造细钢丝绳电缆的方法的流程图；

图3显示制造本发明的一个实施例的光纤芯的过程；

图4显示根据本发明的一个实施例的具有两个光纤的光纤芯；

图5显示制造本发明的另一个实施例的光纤芯的另一个过程；

图6显示制造本发明的另一个实施例的光纤芯的过程；

图7显示制造本发明的另一个实施例的光纤芯的过程；

图8显示具有容纳本发明的实施例的光纤的不同形状的通道的两个光纤；