[发明专利]油田应用中的具有高导电性线芯的双金属线

说明书

背景技术

这部分中的陈述只是提供与本发明相关的背景信息，可能并不构成现有 技术。

电缆的实施例一般涉及油田电缆，并且特别地，涉及钢丝绳和滑线 (slickline)电缆，以及制造和使用这种电缆的方法。

具有合金铠装线的单芯电缆(mono-cable)通常包括位于芯部的单根绝缘 铜导体，用于起到电传输和遥测的作用。采用单芯电缆，电力沿着中心绝缘 电力导体向下传输，然后电力沿着铠装返回。然而，采用长距离的合金电缆 时，电力不可能在其上返回，这是因为，采用镀锌钢铠装封装，合金线(例 如MP35N和HC-265)的高电阻的特性有效地阻止了具有合金铠装的长距离 单芯电缆的生产。为了克服这个问题，提出了同轴电缆。采用同轴电缆，电 力沿着中心绝缘导体传输，并沿着绞合铜线的保护层(serve layer)返回，绞合 铜线覆盖有位于电缆芯外缘附近的聚合物绝缘体的薄层。单芯电缆和同轴电 缆都有缺点。

单芯电缆有缺点是因为：取决于采用的铠装线的类型，能够在长距离电 缆中传输的电力受到限制。虽然标准镀锌改良犁钢(GIPS)铠装线具有相当低 的电阻，但由MP35N/HC-265或高碳合金(例如在存在H₂S的井中使用的合 金)构成的铠装线可能具有相对于电流达20倍的电阻。因此，具有合金铠装 线的电缆的长度受到限制。

同轴电缆有缺点是因为：有可能破坏尺寸相对小的同轴电缆绝缘体，这 可能导致向铠装放电；以及小尺寸的铜线难于绞合成块(strand block)，这增 加了保护层和绝缘体之间气体迁移的可能性。图1A和1B示出了与现有技 术的同轴电缆相关的通常的可能故障。如图1A所示，典型的同轴电缆10 具有由中心多股导体11形成的芯，中心多股导体11由一层绞合铜屏蔽线12 所包围，并且芯由位于电缆外部的金属铠装线加强构件13包围。导体11和 线12嵌入在聚合物绝缘体14中。线12通过聚合物绝缘体14的薄层15与 加强构件13分离，聚合物绝缘体14的薄层15位于电缆芯的外缘。如图1B 所示，绝缘层15的损坏16使得屏蔽线12与铠装线13接触，从而产生类似 单芯电缆的电流传输的情况。

同轴电缆的缺点还因为：在H₂S环境下，铜一般必须镀镍，而由于保护 层上的铜的总面积减小，故减小了保护层上电力返回的效率；保护层的制造 极复杂且费时，通常导致更高的最终成本。同轴电缆还有缺点，因为绞合层 确定大面积，这减小了电缆的电力承载量。

为了提高具有合金铠装的抵抗H₂S的七芯电缆中的电力返回效率，合金 线被用作加蔽线(drain wires)并位于内铠装线层内的聚合物绝缘 (polymer-insulated)的镀镍铜线所代替，如图2所示。电缆20具有中心多股 导体11，该中心多股导体11由一层绞合铜屏蔽线12所包围。导体11和线 12嵌入聚合物绝缘体14中，聚合物绝缘体14的薄层15位于电缆芯的外缘。 芯由合金铠装线21的内层围绕，合金铠装线21的内层由合金铠装线的外层 22围绕。若干内合金线21由聚合物绝缘的镀镍铜加蔽线23代替。然而这种 电缆20是有缺点的，因为该电缆的机械负载承载量显著减小，还因为镀镍 铜线因油井环境中存在的动态加载而发生Z扭绞(z-kinking)带来的可能问 题。

另一电缆30包括三个绝缘绞合铜导体，这三个绝缘绞合铜导体在用软 聚合物绝缘的导体上以三个一组的构造拧成缆，如图3A到3D所示。电缆 芯30按照如下方式组装。在步骤“A”中，用软聚合物32绝缘的绞合铜导 体31置于电缆芯的中心(图3A)。可选择地，导体由任何适合的导电材料形 成。在步骤“B”中，三个绝缘导体33、34、35以三个一组的构造在中心导 体31上螺旋地拧成缆(图3B)。然后，三个未绝缘的铜导体36、37、38在绝 缘导体33、34、35之间的空间中拧成缆，以提供电力返回的可能性，如图 3C所示。相对较厚的聚合物绝缘体39的层在被拧成缆的导体的顶部被挤出， 以完成小直径的电缆芯30，如图3D所示。然而，这种电缆因每个导体都需 要绝缘而不利地限定出大面积，从而减小了铜的横截面，电力输送受到影响。