纤维复合杆状石油油井干预电力电缆 |
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| 申请号 | CN201280076511.0 | 申请日 | 2012-10-18 | 公开(公告)号 | CN104737242A | 公开(公告)日 | 2015-06-24 |
| 申请人 | C6科技公司; | 发明人 | 张雯婷; 托雷·奥尔斯兰德; | ||||
| 摘要 | 纤维 复合杆状干预 电缆 适于石油油井，并具有至少2到10千米或更长的长度。它按以下顺序包括：-中央电 力 电缆部分(1，2，3)；-粘结层(4)；-大致单向的 碳 纤维的复合 覆盖 层 (5)；-保护性的均衡编织纤维复合层(6)；-其中所述中央电力电缆部分(1，2，3)包括：-具有第一横截面导电面积(A1)的大致中央的电导体(1)；-位于所述中央电导体(1)上的内部绝缘层(2)；以及-同轴电导体层(3)，其具有等于所述第一横截面导电面积(A1)的第二横截面导电面积(A2)。 | ||||||
| 权利要求 | 1.纤维复合杆状石油油井干预电力电缆(0)，其按以下顺序包括： |
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| 说明书全文 | 纤维复合杆状石油油井干预电力电缆技术领域[0001] 本发明是纤维复合杆状石油油井干预电力电缆(0)，其横截面在图1中示出。纤维复合杆状石油油井干预电缆经由在井口处的注射单元而从卷筒(drum)单元注射到油井内，并且可带有干预工具、测井工具、具有或不具有能量源的油井牵引器。当所述杆以大于给定最小半径的半径弯曲时，所述杆是弹性挠曲的和自行变直的，从而可缠绕在约4米或更小直径的卷筒上。本发明的所述杆的直径为8到12毫米之间，以及长度为高达10000米以上。 背景技术[0002] 专利号为EP2312360的欧洲专利描述了碳纤维干预电缆杆，其具有三个平行且相互绝缘的电导体，其中所述三个绝缘电导体的束(bundle)在添加结构性碳纤维层的过程中被拉挤以便制备可注射到生产油井内的杆。碳纤维是平行的，以便使得杆的拉伸强度最大化。具有这种结构性碳纤维层的缺陷在于其可能会在径向上受损并且部分地断裂或完全折断，诸如当用约5000N的力推动时或当经受突然的压降时。 [0003] 在石油油井维护(petroleum intervention)领域内，诸如在上述EP2312360中已知经拉挤的复合杆，其具有围绕由两个平行电导体(如图3和图7中所示)或三个电导体所构成的芯部的单向碳纤维覆盖层。当在石油油井内使用时，当压力突然解除时，特别是当杆状电缆离开井口顶部处的润滑脂填料箱而被拖出时，流体的高压侵入可能会导致单向碳纤维崩解，其中在井口的顶部处压力梯度处于其最高值下。当将杆推入到油井内(所谓的“用杆通捣(rodding)”)时，在同样的时刻，即使是轻微破裂，杆的单向纤维可能就会横向断开，并容易进一步崩解，从而在纵向上变得柔软且对于注射是完全没有用的。在这类断开的情况下，必须替换卷轴上的整个杆。如果杆在油井内断裂，则必须对保留在油井内的部分进行捕捞。捕捞碳纤维杆的高度分裂破碎端部是一项艰巨的任务，因为它分裂成不同厚度的单独股线的不规则束。 [0004] 在图3中示出碳纤维干预杆的电力电缆芯部，其具有背景技术的扭绞绝缘电导体。具有单向碳纤维的碳纤维覆盖层部分被省略，但图7中示出具有单向纤维覆盖层的这种杆的整个横截面。背景技术的复合杆的电缆芯部设有两个紧密布置的绝缘导体，所述两个导体具有最小的绝缘厚度，以避免两个导体之间的局部电短路。两个导体的每一个的横截面面积是相等的。 [0005] 同轴信号电缆通常设有细的绝缘中心信号线和横截面面积大得多的的相当坚固的同轴屏蔽物(screen)，其中同轴屏蔽物的作用是纯粹是为了屏蔽中心信号线免受外部电磁信号的影响，并且其中中心信号线应当具有最佳的信号传输特性。 发明内容[0006] 本发明是纤维复合杆状干预电力电缆(0)，其横截面在图1中示出。本发明的纤维复合杆状石油油井干预电力电缆(0)适于在石油油井中使用，并具有至少2到10千米或更长的长度。本发明是纤维复合杆状石油油井干预电力电缆(0)，其按以下顺序包括： [0007] -中央电力电缆部分(1，2，3)； [0008] -粘结层(4)； [0009] -大致单向的碳纤维的复合覆盖层(5)； [0010] -编织纤维的复合层(6)； [0011] -其中所述中央电力电缆部分(1，2，3)包括： [0012] -具有第一导电横截面面积(A1)的大致中央的电导体(1)； [0013] -位于所述中央导电体(1)上的内部绝缘层(2)；以及 [0014] -同轴电导体层(3)，其具有第二横截面导电面积(A2)，所述第二横截面导电面积(A2)等于所述第一导电横截面面积(A1)。 [0015] 换言之，本发明是纤维复合杆状石油油井干预电力电缆(0)，其按以下顺序包括： [0016] -中央电力电缆部分(1，2，3)； [0017] -粘结层(4)； [0018] -大致单向的碳纤维的复合覆盖层(5)； [0019] 其特征在于： [0020] -编织纤维的复合层(6)； [0021] -其中所述中央电力电缆部分(1，2，3)包括： [0022] -具有第一电导率(S1)的大致中央的电导体(1)； [0023] -位于所述中央电导体(1)上的内部绝缘层(2)；以及 [0024] -同轴的电导体层(3)，其具有等于所述第一电导率(S1)的第二电导率(S2)。 [0025] 上面所用的术语“电导率”涉及分别给出的横截面面积(A1)或(A2)的总体电导率。 [0026] 本发明还可表达为纤维复合杆状石油油井干预电力电缆(0)，其按以下顺序包括： [0027] -中央电力电缆部分(1，2，3)，其包括具有第一导电横截面面积(A1)的大致中央的电导体(1)，具有位于所述中央电导体(1)上的内部绝缘层(2)，以及同轴的电导体层(3)，电导体层(3)具有等于所述第一横截面导电面积(A1)的第二横截面导电面积(A2)； [0028] -粘结层(4)； [0029] -大致单向的碳纤维的复合覆盖层(5)； [0030] -编织纤维的复合层(6)。 [0031] 本发明还可表达为纤维复合杆状石油油井干预电力电缆(0)，其按以下顺序包括： [0032] -中央电力电缆部分(1，2，3)，其包括具有第一电导率(S1)的大致中央的电导体(1)，具有位于所述中央电导体(1)上的内部绝缘层(2)，以及同轴的电导体层(3)，电导体层(3)具有等于所述第一电导率(S1)的电导率(S2)； [0033] -粘结层(4)； [0034] -大致单向的碳纤维的复合覆盖层(5)； [0035] -编织纤维的复合层(6)。 [0037] 本发明和背景技术的实例在所附的附图中示出，其中： [0038] 图1是本发明的纤维复合杆状石油油井干预电力电缆的横截面，其包括在中心处的大致同轴的导体电力电缆部分(1，2，3)和向外到整个直径(full diameter)的圆柱形结构性碳纤维复合覆盖部分(5，6)。 [0039] 图2是本发明的纤维复合杆状石油油井干预电力电缆的大致同轴导体部分(1，2，3)的图示，示出了芯部的实施例。 [0040] 图3是背景技术的平行或扭绞平行导体电缆的图示，其被填充以耐高温聚合物并由耐高温聚合物覆盖物所覆盖，其可形成图7中所示的干预纤维复合电缆的芯部。 [0041] 图4、图5和图6是本发明实施例的图示，其中具有0.4到1.0毫米之间、在此为0.8毫米的厚度的编织纤维复合层(6)分别形成12毫米直径的电缆、10毫米直径的电缆、和8毫米直径的电缆的外层。所有图示示出具有2.63平方毫米的横截面面积A1的中央导体。同轴布置的导体(3)总是具有相同的导电面积A3。 [0042] 图7示出背景技术的纤维复合杆电力电缆，其具有如图3中所示的电力电缆芯部，所述芯部具有两个平行的导体，每个导体具有2.63平方毫米的横截面面积A1。背景技术电缆的两个平行导体在每米的延伸长度上扭绞约14至20次，并设有填充的耐高温聚合物，以形成圆形横截面的电绝缘芯部电缆。用聚合物填充的中央平行扭绞电缆设有直径高达12毫米的单向碳纤维复合挤出层。 [0043] 在右侧部分中，图8是本发明的杆的侧视图。其是杆的部分剥离的端部，示出位于单向纤维复合覆盖层(5)上的薄的编织纤维复合层(6)，其中中央电力电缆部分(1，2，3)处于中心，由粘结层(4)包围。在附图的左侧部分，示出图4中所示截面的副本。在右侧示出可能的附加的外侧保护和防护的(proofing)表面涂层(7)。 [0044] 图9是在上述欧洲专利EP2312360的芯部中的三个独立的绝缘导体的束的横截面。 具体实施方式[0045] 通常的石油油井干预杆 [0046] 本发明是纤维复合杆状石油油井干预电力电缆(0)，其横截面在全视图的图1中示出，并且在针对分别具有12毫米直径、10毫米直径、8毫米直径的杆的实施例的图4、图5和图6中的实施例中示出。在图8中以横截面和端部部分的局部剥离的侧视图示出另一个实施例。用于将本发明限定为“杆”的原因是由于下述事实，即其弯曲刚度远大于普通的电力干预电缆。根据本发明的直径为12毫米、10毫米和8毫米的杆的弯曲刚度分别为 4 4 4 145.4Pa m，68.6Pa m和27.0Pa m 。通过该高的弯曲刚度，本发明的杆状电力电缆能够使杆向下通过润滑脂注射器和在石油井口上的工具壳体。在润滑脂注射器的上方的推动或所谓的使杆通过机构是井口注射器，其具有马达驱动的双牵引器皮带机构。根据本发明的纤维复合杆状干预电力电缆(0)适于石油油井，并且需要至少2到10千米或更长的长度。它按以下顺序包括： [0047] -作为芯部的中央电力电缆部分(1，2，3)，请参阅图2中的横截面。 [0048] -在电缆部分(3)的外部部分和紧随的碳纤维复合覆盖层(5)之间的粘结层(4)。在一实施例中，粘结层(4)也是绝缘的。 [0049] -上面所提及的碳纤维复合覆盖层(5)，其中所述碳纤维大致是平行于电缆轴线的单向纤维。这在图1、图4、图5、图6和图8中示出。该覆盖层(5)被挤出到粘结层(4)上。覆盖层(5)对本发明的杆的拉伸强度贡献的比例最大。 [0050] -编织纤维复合层(6)被挤出到覆盖层(5)上，在图8中可以最佳地看到。 [0051] -图2中所示的中央电力电缆部分(1，2，3)包括具有第一横截面导电面积(A1)或具有第一电导率(S1)的大致中央电导体(1)， [0052] 位于所述中央电导体(1)上的内部绝缘层(2)，和 [0053] 同轴电导体层(3)，其具有等于所述第一横截面导电面积(A1)的第二横截面导电面积(A2)，或者具有等于所述第一电导率(S1)的第二电导率(S2)。 [0054] 由于重要的问题是使得通过本发明干预杆的中央的和返回的同轴导体的两种路径具有相同的电导率，并且人们将通常对于两者而言使用铜导体股线，所以相同的横截面面积将提供相同的电导率。但是可存在以下实施例，其中铜适用于第一电导体(1)而铝适用于第二导体(3)。因此以另外的方式阐明，本发明是纤维复合杆状石油油井干预电力电缆(0)，其按以下顺序包括： [0055] -中央电力电缆部分(1，2，3)； [0056] -粘结层(4)； [0057] -大致单向的碳纤维的复合覆盖层(5)； [0058] 其特征在于： [0059] -编织纤维的复合层(6)； [0060] -其中所述中央电力电缆部分(1，2，3)包括： [0061] -具有第一电导率(S1)的大致中央的电导体(1)； [0062] -位于所述中央电导体(1)上的内部绝缘层(2)；以及 [0063] -同轴电导体层(3)，其具有等于所述第一电导率(S1)的第二电导率(S2)。 [0064] 单向碳纤维覆盖层(5)和编织碳纤维层(6)形成所述杆状干预电缆的结构上支撑的覆盖部分。电力电缆部分在油井内不是自支撑的，其也不能支撑在油井内的任何显著重量的油井仪器，因为其拉伸强度太低，并且其机械性能不足以适应油井中的恶劣环境。如图1、图4、图5和图6以及还有图8中所示，单向覆盖层(5)形成复合纤维覆盖部的机械上主要的横截面面积，有助于得到的干预杆的极限机械弯曲刚度和拉伸强度。 [0065] 中央电力电缆部分 [0066] 因为包括中央电导体(1)以及周围的同轴电导体层(3)的中央电力电缆部分(1，2，3)不是自支撑的，因此对于结构上支撑的碳纤维覆盖层(5)来说有利的是具有大致连续的粘结层(4)。当本发明的杆在石油由井内操作并且使得一个端部固定到卷筒上并从卷筒馈送出去时，杆经受弯曲和压缩力，其会导致电力电缆芯部和结构性碳纤维覆盖层之间的差异运动，其中端部的固定和馈送出去经由通过井口注射器的导向拱形件完成，诸如在润滑脂润滑器上的牵引器皮带注射器。粘结层(4)确保在中央电力电缆部分(1，2，3)和结构性支撑的碳纤维覆盖层(5)之间没有差异运动。 [0067] 单向覆盖层 [0068] 单向复合碳纤维层(5)可以是标准的或高模量的碳纤维。单向纤维复合覆盖层(5)的基质是高温热固性或热塑性树脂。在本发明的优选实施例中，基质是环氧树脂、酚醛树脂、或双马来酰亚胺(BMI)树脂。 [0069] 编织层 [0070] 编织层(6)的贡献在于电缆的纵向拉伸强度和电缆的压缩强度。在本发明的优选实施例中，其是扭转均衡的，即编织层(6)是螺旋形的并且包括右旋和左旋螺旋编织线圈环(loop)，当布置成杆的一部分时，它们提供相同的但方向相反的扭转强度。以这种方式，将在加载或卸载时防止杆扭曲。在一实施例中，其是碳纤维复合层，但也可以使用拉伸强度高的玻璃纤维或芳族聚酰胺纤维。在图4、图5和图6中所示的实施例中，与构成结构性覆盖部分本体的更厚的单向碳纤维复合覆盖层(5)相比，厚度非常薄，在0.4到1.0毫米之间，在此为0.8毫米。所述编织层具有相对于轴向方向的30、45或60度的角度。编织角度越高，就会抑制更高的环向应力。本发明的石油油井干预杆电缆的测试样品具有在拉挤工艺期间出现的模糊不清(smeared-out)的结构，致密的基质填充的、无空隙的规则编织的纤维复合层(6)，其具有如图8右侧部分所示的清晰可见的碳纤维的宽束。在该实施例中，表面涂层(7)涂布到编织纤维复合层(6)上。所述编织层(6)的纤维是碳纤维或玻璃纤维或芳族聚酰胺纤维。 [0071] 编织纤维复合层(6)具有几个功能优势： [0072] a)提高的径向强度 [0073] 在碳纤维复合覆盖层(5)中的大致轴向取向的单向碳纤维提供非常高的轴向拉伸强度。然而，它们的径向拉伸强度由基质和基质/碳纤维粘接强度来确定，在覆盖层(5)中没有横向布置的纤维。编织纤维复合层(6)的反向缠绕的编织纤维股线分别用于螺旋加强，其在应出现径向力的情况下防止在下面的单向碳纤维的径向破裂。在使杆通过期间会出现这种破裂，使杆通过会导致压缩力，所述压缩力会在杆中引起径向压力。在由于侵入的流体而形成气体之后也会出现这种破裂，请参见下文。螺旋增强的强度随着相对于轴向方向的角度的度数增加而增加。在优选的实施例中，在共同的拉挤工艺期间复合编织纤维复合层(6)编织到单向纤维复合覆盖层(5)上，同时单向纤维覆盖层(5)布置到电导体电缆部分(1，2，3)的临时外侧的粘结层(4)上。 [0074] b)防流体性 [0075] 复合编织纤维复合层(6)的另一作用是，其是非常致密压缩的，并完全由树脂润湿以便提供良好程度的防流体性，从而防水、防气和油侵入到单向纤维覆盖层(5)内并进一步向内侵入，从而防止气体压力对杆的破坏。因此，编织纤维复合层防止或显著减少流体侵入，并且，如果流体进入的话，编织纤维复合层防止破裂。任选的表面涂层(7)将进一步提高防流体性。 [0076] c)增加的韧性 [0077] 编织纤维复合层(6)由碳纤维或玻璃纤维的编织束制成，并且其是一个耐损坏的编织层，即，如果一个或多个股线断裂，诸如由于在油井中的磨损而可以出现的那样，则编织纤维复合层(6)不会崩解。在用于测试的实施例中，我们使用环氧树脂作为基质。 [0078] 电力电缆部分的细节 [0079] 在具有粘结层(4)的电导体电缆部分(1，2，3)的实施例中，其可具有以下性质： [0080] *中央电导体是所谓的AWG 13，其具有133个0.02平方毫米的导体丝(101)＝2.63平方毫米的横截面面积A1。 [0081] *内部绝缘层(2)是PFA层，其具有0.130英寸(3.3毫米)的OD。 [0082] *厚度为0.02英寸(0.06毫米)的屏障层(2b)。在一实施例中，其是所谓的Kapton聚酰亚胺可热密封胶带，其以50％的重叠方式进行缠绕。 [0083] *同轴导体(3)是AWG 36 NPC，由200个导体丝(301)编织而成，横截面面积A3o＝2.65平方毫米，实际上接近面积A1。 [0084] 厚度为0.02英寸(0.06毫米)的粘结层(4)。在一实施例中，其是所谓的Kapton聚酰亚胺可热密封胶带，其以50％的重叠方式进行缠绕。该粘结层(4)提供到周围单向纤维复合覆盖层(5)的基质的良好粘接并且对于纤维复合覆盖层(5)的聚合物基质是化学上相容的。其也具有绝缘性能。 [0085] 如上所述，所述电导体(1，3)中的一者或两者包括导电丝(101，301)，请参见图2的放大部分，以便容许杆状电缆的反复弯曲。导电丝(101，301)可被扭绞或编织以便成为耐弯曲性的和/或耐伸长性的，特别是为了在从石油油井拖拉出来期间在整个杆状电缆的拉伸加载过程中耐受某种程度的延伸。替代性地，如果纤维复合层的模量提供金属导体的足够低的伸长率，则所述电导体(1，2)中的一者或两者以块状(massive)金属制备。 [0086] 上述电缆部分的外径是4.37毫米+/-0.1毫米。回路电阻是15Ohm/km，以及绝缘电阻为500GOhm/km。对于连续加热而言额定温度高达260摄氏度以及短期可高达280摄氏度。该温度耐受性允许拉挤工艺在这种高温下进行，这种高温可能是热固性或热塑性基质所需要的，或者其同样会由于在拉挤工艺中产生的摩擦而产生。 [0087] 使电缆的两个同轴组件具有相同横截面面积A1＝A2或实际上相同的电导率的目的有三个方面： [0088] -最大限度地减少功率损耗 [0089] 首先，具有电源电流(power current)，其在两种方式下具有相同的压降，两种方式是在由电缆的总长度所确定的长度下沿着油井向上和向下(其中电流必须总是流动通过整个电缆长度)。在实施例中电缆为10千米，并且出于实践上的原因应当是一个均匀的件。 [0090] -最小化电力电缆部分的半径 [0091] 其次，有利的是具有绝缘、管状同轴导体层(3)的最小外侧半径，以便提供周围单向纤维复合覆盖层(5)的最小内侧半径，以增加所述单向纤维复合层的横截面面积以及因此增加其承受载荷的能力，因为从整体考虑，整个电缆的外径是预先限定的。 [0092] -降低重量强度比 [0093] 第三，由于与更具延展性和更致密的铜相比的较强碳纤维的更低密度，所以利用薄的铜同轴导体层，重量降低的速率大于拉伸能力增加的速率。当将图4与图7进行比较时，可理解本发明同轴型的杆状电力电缆和导体平行型的杆状电力电缆之间的差异。 [0094] 背景技术的细节 [0095] 图7示出具有两个平行导体的背景技术的纤维复合杆状电力电缆，每个导体具有2.63平方毫米的横截面面积A1。每个平行导体设有绝缘层和包绕两个平行绝缘导体填充的耐高温聚合物层。两个平行导体在实践中每米扭绞14至20次，以便在用高温聚合物覆盖的过程中保持两个绝缘导体居中。缺陷是这两个绝缘层要求在扭绞芯部的任一侧处的耐高温填充聚合物的最小程度的挤压覆盖，以便形成足够厚的聚合物层，从而在任一侧处适当地覆盖和保护两个电力电缆的绝缘层，以便保护绝缘层使其免受后续的用于添加单向碳纤维层的拉挤工艺。因此，在图7中所示的中央电力电缆部分的总直径Dlarge为约6.2毫米。 [0096] 与背景技术电缆进行的比较。 [0098] [0099] 如分别在图4、图5和图6中所示的12毫米直径、10毫米直径和8毫米直径和相应直径的背景技术电缆之间的碳纤维面积的差异都是一样的，其中只在图7中示出具有12毫米直径的一个背景技术的电缆： [0100] 毫米：99平方毫米-83平方毫米＝16平方毫米； [0101] 毫米：65平方毫米-48平方毫米＝15平方毫米；以及 [0102] 毫米：36平方毫米-20平方毫米＝16平方毫米。 [0103] 在上表中15平方毫米和16平方毫米之间的差异是由于舍入误差造成的。结构性纤维层横截面的比例的增加分别为20％、34％、和81％。因此，对于8毫米直径的杆而言，其相当地太弱以至于在油井中不能切实使用，而本发明的杆具有超过80％的提高的拉伸强度，同时具有可接受的弯曲刚度。 [0104] 进一步实施例的细节 [0105] 在本发明的纤维复合杆状干预电缆(0)的优选实施例中，所述电导体(1，2)中的一者或两者以铜制成。替代性地，所述电导体(1，2)中的一者或两者以铝制成。 [0106] 粘结层 [0107] 在本发明的实施例中，粘结层(4)是具有高的热稳定性的热塑性材料，诸如聚酰亚胺。在本发明的实施例中，粘结层(4)是可热密封的胶带。 [0108] 覆盖层基质 [0109] 在本发明的实施例中，任一前述权利要求所述的纤维复合杆状干预电缆(0)包括表面涂层(7)。表面涂层(7)由热塑性塑料、聚醚酰亚胺(PEI)、聚醚醚酮(PEEK)、或聚芳醚酮(PAEK)构成。 [0110] 碳纤维的品质 [0111] 纤维复合覆盖层(5)是标准模量(225到260GPa)或高模量(250到650GPa)的单向碳纤维。 [0112] 编织层材料 [0113] 编织纤维复合层(6)以碳纤维、或所谓的S玻璃高强度纤维或芳族聚酰胺纤维制成。 [0114] 本发明可以被看作是具有单向纤维复合覆盖层、保护性的编织纤维复合层和中央布置的横截面面积均衡的铜制同轴电缆部分的组合的纤维复合杆状干预电缆，或者反之亦然。 [0115] 本发明的优势 [0116] 通常的优势 [0117] 具有保护性的编织纤维复合层的纤维复合杆状干预电缆将解决与纯粹地机械磨损和损坏相关的迫在眉睫的技术问题，并且防止在操作期间在高压下气体或液体的侵入。具有带有根据本发明的相同横截面中心和同轴电缆导电面积的的铜导体的纤维复合杆状干预电缆将是向前和返回的直流(DC)电导率均衡的，并主要解决与电导率最大化和降低纤维复合杆状干预电缆的电阻损失相关的实际问题。 [0118] 然而，如图1中所示的和以上所限定的两者的组合具有与各部分本身相比的进一步的优势： [0119] -干预杆的总直径被给出为例如12毫米、10毫米或8毫米。干预杆的总直径由一个或多个因素给出：电缆卷筒的总直径和尺寸，电缆卷筒应容纳，比如说10000米的干预电缆杆。所述杆越粗，则卷筒的最小曲率越大，对于12毫米的杆而言其可以是约4米。 [0120] 增加的拉伸强度和重量比 [0121] 管状外侧铜导体横截面面积的减小的外侧半径(在其当前的情况中其不是“屏蔽物(screen)”)将对于单向碳纤维覆盖层(5)而言增加可用的内侧半径的横截面面积，以与节省的铜面积与原始单向纤维复合面积之比成比例的方式增加单向碳纤维层(5)的拉伸强度，单向碳纤维层(5)承载干预杆的容重(bulk weight)。因而在给定外径极限的情况下，与仅仅节约面积相比获得了更多。获得更长或更强的电缆。 [0122] -UD覆盖层(5)的横截面面积/单位长度重量的比值以超过线性的方式增加，因为节省的铜重量大于所增加的(gained)UD横截面面积。获得更轻更强的电缆。 [0123] -具有编织纤维复合层(6)的所得到的更轻的干预杆状电缆在导电层(1，3)内获得所需的相同的电回流电流(electrical return currents)，可以获得进入到油井内的更长延伸长度，并且将耐磨损，并且将由于耐环向应力的编织纤维复合层(6)而防止UD纤维覆盖层(5)的破裂。 [0124] -提高的耐减压性 [0125] 本发明的纤维复合杆状电缆具有提高的所谓“快速气体减压性能”。可使得靠近杆外表面布置的固化的基质或以其它方式压实的基质的编织纤维复合层(6)相当地防流体并且将提供防止流体在高压下进入UD纤维层的保护。因此，无流体的单向纤维复合覆盖层(5)将具有显著降低的径向破裂的风险，当从油井出来外侧压力释放时，来自不希望的累积的高压液体的气体的形成造成上述径向破裂。这防止了复合干预杆状电缆的径向破裂。尽管编织层(6)的提高的防流体性(当在基质内固化并由表面层(7)覆盖时)，但是如果在外层(7)和/或(6)中出现疤痕，则会在高压下发生某些流体的侵入。由于高压气泡形成在UD纤维覆盖层(5)中造成的径向力则将由所述编织层(6)的环向缠绕效果抑制，从而与仅UD的复合杆相比，更好程度地防止破裂。 [0126] 增加的扭转刚度 [0127] 靠近杆外表面布置的压实或固化的基质粘接的编织纤维复合层(6)将除了上述优势之外还有助于杆的刚性，而且还增加扭转刚度。此外，编织纤维的相反方向螺旋的均衡扭转强度防止当杆状电缆上的负载增加或减少时的相对旋转。 [0128] 增加的防流体性 [0129] 编织纤维复合层(6)的防流体性，特别是当填充基质时以及进一步由表面涂层(7)覆盖时，也将提供改进的保护，防止流体侵入以及UD纤维复合层和同轴导体外层的随后的化学降解，并保持电导率。 [0130] 提高的使杆通过的性能 [0131] 通过使杆通过的工具即注射器使得杆进入到孔内将导致对复合杆的纵向压缩力，所述喷射器可以是某种类型的井口垂直牵引器皮带注射器。径向压力将在UD纤维覆盖层(5)中出现，其由通过编织层(6)有效构成的环向缠绕抵消。因此，本发明的复合杆可承受来自注射器的高于由现有技术的复合干预杆状电缆可能承受的注射力的更高注射力。 [0132] 制造链 [0133] 如图3横截面所示的背景技术的电力电缆可相当容易地在引起图7中所示的单向碳纤维层的拉挤的相同工艺过程中来制备。本发明的同轴电导体电缆芯部的制备是由于制造工艺各部分的复杂性，对于电力电缆供应商而言是不可行的，而且对于碳纤维杆拉挤设施也是不可行的。用于制造如图8中所示的本发明的杆的试运行如下：电力电缆芯部的制备由专门的供应商进行并运输到在另一专门提供商处的纤维复合材料杆拉挤设施，两者都不能够单独制造组合产品。在未来，具有碳纤维拉挤设施的组合同轴电导体生产线可能是可行的，其将两个制造业相结合。 [0134] 一致的弯曲强度 [0135] 根据本发明的杆的容易可见的优势是由于其方位角均匀的电缆芯部和覆盖结构导致的其一致的弯曲刚性，与聚合物基质电缆芯部中的非同轴但平行的导体设计相反，上述设计将不会均匀地压缩，其原因在于沿电缆长度存在非均匀性，所述不均匀性随着平行导体扭绞的阶段而发生。此外，本发明干预杆的径向可压缩性将在方位角上是均匀的。这产生的优势在于所述电缆将不具有带有降低的弯曲刚度的显著较弱部分。此外，当在压力下设置时，所述杆将均匀地压缩且不会比任何其它的方式更多地降低任何直径，并且因此将具有减少的屈曲倾向。在杆在井口喷射器处通到油井内时，该减少的屈曲倾向进一步降低杆破裂的风险。 |
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