[發明專利]高強度/重量比細鋼絲繩和多線電纜

無效

• 申請號: 200810083053.9
• 申請日: 2008-03-18
• 公開（公告）號: CN101539649A
• 公開（公告）日: 2009-09-23
• 發明（設計）人: 約瑟夫·瓦凱;阿尼爾·塞恩;金秉俊;弗拉基米爾·赫爾南德斯-索羅斯;香農·尼姆強;丹·塔巴蘭
• 申請（專利權）人: 普拉德研究及開發股份有限公司
• 主分類號: G02B6/44
• 分類號: G02B6/44;H01B11/22
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司
• 代理人: 王新華

技術領域

本發明大致涉及一種油田作業中使用的細鋼絲繩電纜(slicklinecables)。

背景技術

電線中的光纖元件或永久檢測電纜對于數據傳輸應用具有大的潛力。不幸地，這種潛力被使它們在油田作業中易受損的幾個缺點所抵消。例如，高溫下暴露于氫導致光纖發黑，從而導致數據傳輸能力下降。光纖上的涂層或其它聚合物保護層中的揮發性有機化合物(VOCs)的蒸發釋放氫，這能夠侵襲光纖和使光纖變黑。氫侵襲存在水的玻璃是另一種損壞源。

進一步地，當與其它電纜元件相比，光纖的線性拉伸是有限的。這要求在光纖元件中具有額外的光纖長度，這導致制造過程復雜化。光纖元件結構缺乏橫向強度會導致潛在加載點和微小彎曲的問題。這會導致光纖的機械失效和/或信號衰減。

圖1A顯示典型的細鋼絲繩電纜。如圖所示，細鋼絲繩電纜100由包含在內部鋼管120內的光纖110構成，內部鋼管120涂覆有聚合(其可以是連續的或長的強化纖維)化合物130。然后絕緣層140(其可包括環氧或其它熱塑性等熱固性樹脂)附加在高分子復合物(polymer?composite)130上以便完成細鋼絲繩芯。最后，外部鋼管150在細鋼絲繩芯上牽引以便完成細鋼絲繩電纜100。

這種設計遇到幾個問題。細鋼絲繩芯的高分子復合物130在制造期間可變成橢圓形。內部鋼管120可偏移高分子復合物130內的中心。當內部鋼管120和外部鋼管150之間的高分子復合物130厚度不足(例如，由于收縮或其它因素)，當電纜在槽輪上彎曲或纏繞時高分子復合物130和外部鋼管150會彼此分離。

此外，細鋼絲繩電纜中使用不同材料會具有不同的熱膨脹系數，這會導致一些問題。例如，在制造期間，高分子復合物130和內部鋼管120容易膨脹。由于高分子復合物130固化和冷卻，它容易收縮和脫離內部鋼管120。此外，內部鋼管120在縱向上的收縮得比高分子復合物130多。在固化化合物期間，光纖會短時間經受400～500°F的固化溫度，這會損壞光纖的聚合物涂層。同樣，化合物的(纖維整理)會與環氧尸硬化(epoxycuring)干涉。

改進細鋼絲繩電纜的一種方法是給光纖涂覆樹脂套以便形成更耐用的光纖。圖1B顯示這種光纖，其具有在商業可獲得的光纖110上的連續或長的強化熱固性樹脂套115。

盡管圖1B所示的光纖更強，但是給光纖涂覆化合物樹脂套的過程會導致一些問題。例如，由于拉擠過程(pultrusion?process)中的加載點會引起光纖的高損失。環氧尸硬化時發生的收縮會影響光纖，并產生信號衰減問題。這需要仔細處理光纖以便盡可能地減少加載點，并且拉伸過程中的過拉(overpull)會導致制造困難和耗時。這些光纖元件遇到的信號衰減的高發生率在油田分布式溫度系統測量和需要長距離遙控的應用中是不能接受的。

發明內容

本發明的一個方面涉及一種細鋼絲繩電纜。根據本發明的一個實施例的細鋼絲繩電纜包括：預制的聚合物復合桿(polymer?composite?rod)，所述預制的聚合物復合桿中具有通道；光纖，所述光纖設置在通道中；緊固件，所述緊固件將光纖固定在通道內，其中所述緊固件由從聚合物帶、聚合物層、和聚合物帶與聚合物層的組合所組成的組中選擇的材料形成；和外部管，所述外部管設置在聚合物復合桿的外部，所述聚合物復合桿中具有光纖。

本發明的另一個方面涉及一種用于制造細鋼絲繩電纜的方法。根據本發明的一個實施例的方法包括如下步驟：預制其中具有至少一個通道的聚合物復合桿；將至少一個光纖放置在聚合物復合桿中的至少一個通道中；使用聚合物帶、聚合物層、或聚合物帶與聚合物層的組合把至少一個光纖固定在至少一個通道中；把外部管設置在聚合物復合桿上。

根據下面的說明和所附權利要求，本發明的其它方面和優點將變得顯然。

附圖說明

圖1A顯示現有技術的細鋼絲繩電纜；

圖1B顯示光纖芯的現有技術設計，該光纖芯具有包圍光纖的聚合化合物層；

圖2顯示根據本發明的一個實施例的用于制造細鋼絲繩電纜的方法的流程圖；

圖3顯示制造本發明的一個實施例的光纖芯的過程；

圖4顯示根據本發明的一個實施例的具有兩個光纖的光纖芯；

圖5顯示制造本發明的另一個實施例的光纖芯的另一個過程；

圖6顯示制造本發明的另一個實施例的光纖芯的過程；

圖7顯示制造本發明的另一個實施例的光纖芯的過程；

圖8顯示具有容納本發明的實施例的光纖的不同形狀的通道的兩個光纖；