CN101950611B - 顶驱钻井专用电缆及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种顶驱钻井专用电缆及其制造方法。该电缆包括缆芯，缆芯套于套管内，套管的主体是软管，软管的一端或两端具有金属管头，该金属管头与软管固定连接为整体，缆芯的头部伸出金属管头；在套管内填充有数段密封胶，将缆芯固定在套管内；金属管头上设有吊环，用于将电缆悬挂在井架上。本电缆的正常使用环境温度-40℃～+110℃，整体结构具有很好的抗扭性和弯曲性，更适合移动和拖拽的条件下使用，完全能够适用于油田上的特殊使用环境。特别是，将缆芯封装在套管内，主要由套管来承受电缆重力，缆芯自身的拉伸力很小，不易损坏，使用寿命大大延长，大幅度将少了因电缆故常停钻的几率。

Description

顶驱钻井专用电缆及其制造方法
技术领域
本发明涉及电缆及其制造方法，具体涉及一种用于石油、天然气顶驱钻井装置的电缆及其制造方法。 
背景技术
顶驱钻井是当代石油、天然气行业一项新的钻井技术，其驱动电机布置在井架上，工作时要随钻具上、下往复运动，相应地，电机的动力电缆及控制电缆也会随之上、下游动，这就要求电缆具备优良的柔软性；石油、天然气会腐蚀电缆材料，要求电缆具备耐油性和耐蚀性；油气田地域分布广，有陆地，有海洋，有热带地区，也有高寒地区，这又要求电缆具备耐候性。 
目前油田用顶驱电缆多为橡皮类电缆产品，该类产品主要是满足其柔软性要求，但是其抗拉性能以及耐油、耐磨性能明显不足，电缆的使用寿命往往不超过6个月，影响工作进程和增加换线成本。另外，常规的橡皮电缆虽然在缆芯的空隙部位存在橡皮填充，但是仍不能保证电缆结构的紧密型，常常在拉伸力的作用下，导致绝缘之间、绝缘与护套之间滑动产生鼓包现象，且扭曲变形严重，直接缩短电缆的使用寿命以及影响使用的安全性。尤其是，电缆游动段长达数十米(一般超过40米)，既有动力电缆，又有控制电缆，其中动力电缆重达数吨，如何在井架上敷设，一直是未能解决好的技术问题。 
发明内容
本发明的目的之一，是提供一种顶驱钻井专用电缆，该电缆不仅具备满足油气田钻井工况的特殊性能，还通过结构改进，便于敷设，满足电缆游动要求。 
本发明的目的之二，是提供一种上述电缆的制造方法。 
本发明的技术方案是： 
一种顶驱钻井专用电缆，包括缆芯，该缆芯套于套管内，套管的主体是软管，软管的一端或两端具有金属管头，该金属管头与软管固定连接为整体，所述缆芯的头部伸出金属管头；在套管内填充有数段密封胶，将缆芯固定在套管内；所述金属管头上设有吊环，用于将电缆悬挂在井架上。 
所述金属管头由法兰盘、内扣件、外扣件组成，法兰盘的内孔是螺纹孔，所述内扣件有与该螺纹孔适配的外螺纹，内扣件与法兰盘螺接后再焊接；所述软管的头部套在内扣件上，并采用加热硫化工艺与内扣件固定连接；所述外扣件套在软管头部，并采用压接工艺将内扣件、软管、外扣件压紧连接，压接后再将内、外扣件的结合部焊接。 
所述法兰盘上有螺纹连接孔，所述吊环螺接于该螺纹连接孔内。 
所述缆芯由导体及逐层包裹在导体外围的包覆层、绝缘层、护套构成，所述导体采用超细高纯度软铜丝或超细高纯度镀锡软铜丝绞合而成；所述绝缘层为乙丙橡胶、硅橡胶、热塑性弹性体中的任何一种；所述护套采用热塑性弹性体材料。 
所述金属管头用不锈钢制成。 
所述密封胶共三段，分别填充在套管的两个管头部位和中部。 
所述软管是耐油橡胶管；该耐油橡胶管是夹布耐油橡胶管、夹弹簧钢丝耐油橡胶管、夹布带钢丝耐油橡胶软管之一种。 
所述伸出金属管头的缆芯头部套有金属防擦网。 
上述电缆的制造方法，包括如下步骤： 
①.按常规电缆制造工艺制备好缆芯； 
②.机加工金属管头零件法兰盘、内扣件、外扣件及吊环； 
③.将软管的头部套在内扣件上，采用加热硫化工艺使其固定连接； 
④.将外扣件套在软管管头部位，对应内扣件，用压接工具将内扣件、软管、外扣件压紧连接，压接后再将内、外扣件的结合部焊接； 
⑤.将多根缆芯绞合为一体，用绕包带包扎起来； 
⑥.将绞合后的缆芯穿入套管内，让缆芯的头部伸出套管； 
⑦.在套管内部空间相间填充几段密封胶，将缆芯固定在套管内； 
⑧.将法兰盘螺接在内扣件上，再将结合部焊接； 
⑨.将吊环螺接于法兰盘的连接孔内； 
⑩.在每一根缆芯的头部套一个金属防擦网。 
本发明的技术效果： 
通过合理选用缆芯材料，优化电缆使用性能，不仅具有优良的电性能，同时具有优异的耐老化性能、弹性、柔软性、抗拉和抗撕裂性能优异等物理机械性能，也满足低烟、无卤、无毒的环保要求。外护套采用热塑性弹性体材料，此材料具有柔韧性、高抗拉性、耐油性、耐磨性、耐酸碱及耐盐雾腐蚀等特性，且安全可靠，本电缆的正常使用环境温度-40℃～+110℃，整体结构具有很好的抗扭性和弯曲性，更适合移动和拖拽的条件下使用，完全能够适用于油田上的特殊使用环境。特别是，将缆芯封装在套管内，主要由套管来承受电缆重力，缆芯自身的拉伸力很小，不易损坏，使用寿命大大延长，大幅度将少了因电缆故常停钻的几率。 
附图说明
图1是本电缆的外形示意图； 
图2是图1的B向视图； 
图3是本电缆管头部A的结构图。 
图4是本电缆在井架上的敷设结构示意图。 
图5是本电缆的一种缆芯布置结构图。 
图6是本电缆的另一种缆芯布置结构图。 
图7是本电缆的再一种缆芯布置结构图。 
具体实施方式
参见图1、图2、图3。 
本电缆的缆芯10套于套管内，缆芯10的头部伸出套管，伸出的缆芯头部套有金属防擦网11。套管的主体是软管8，可选用耐油橡胶管、夹布耐油橡胶管、夹弹簧钢丝耐油橡胶管、夹布带钢丝耐油橡胶软管之一种，最好用夹布带钢丝耐油橡胶软管。软管8的端头配有金属管头，动力电缆的两端都配金属管头，控制电缆只在悬挂端配金属管头。该金属管头与软管8固定连接为整体，金属管头由法兰盘5、内扣件6、外扣件7组成，用不锈钢制成，法兰盘5的内孔是螺纹孔，内扣件6有与该螺纹孔适配的外螺纹，内扣件6与法兰盘5螺接后再焊接；软管8的头部套在内扣件6上，并采用加热硫化工艺与内扣件6固定连接；外扣件7套在软管8的头部，并采用压接工艺将内扣件6、软管8、外扣件7压紧连接，压接后 再将内、外扣件6、7的结合部焊接。在套管内填充有数段密封胶9，将缆芯10固定在套管内，使之不会在套管内滑动。金属管头上设有吊环3，用于将电缆悬挂在井架上。 
缆芯结构及其在套管内的布置参见图5、图6、图7。 
缆芯10由导体101及逐层包裹在导体外围的包覆层102、绝缘层103、护套104构成，导体101采用超细高纯度软铜丝或超细高纯度镀锡软铜丝绞合而成；包覆层102为非湿性包带材料；绝缘层103为乙丙橡胶、硅橡胶、热塑性弹性体中的任何一种；护套104采用热塑性弹性体材料。 
将三根动力电缆和三根接地电缆布置在套管内，如图5所示。 
将三根动力电缆和一根接地电缆布置在套管内，如图6所示。 
将所有控制电缆布置在套管内，如图7所示。 
也可将动力电缆、控制电缆全部布置在套管内，具体采用哪种布置方式，根据用户订货要求确定。 
本电缆的制造方法，包括步骤： 
①.按常规电缆制造工艺制备好缆芯； 
②.机加工金属管头零件法兰盘、内扣件、外扣件及吊环； 
③.将软管的头部套在内扣件上，采用加热硫化工艺使其固定连接； 
④.将外扣件套在软管管头部位，对应内扣件，用压接工具将内扣件、软管、外扣件压紧连接，压接后再将内、外扣件的结合部焊接； 
⑤.将多根缆芯绞合为一体，用绕包带包扎起来； 
⑥.将绞合后的缆芯穿入套管内，让缆芯的头部伸出套管； 
⑦.在套管内部空间相间填充几段密封胶，将缆芯固定在套管内； 
⑧.将法兰盘螺接在内扣件上，再将结合部焊接； 
⑨.将吊环螺接于法兰盘的连接孔内； 
⑩.在每一根缆芯的头部套一个金属防擦网。 
本电缆在井架上的敷设方式见图4。 
在钻具上设有挂钩4，将本电缆1一端的吊环3挂在挂钩4上，该端即可随钻具的升降运动任意游动。电缆1另一端的吊环3悬挂于井架2腰部的固定悬挂点上，电缆1就被悬挂起来。 

Claims (7)

1.一种顶驱钻井专用电缆，包括缆芯，其特征在于：该缆芯套于套管内，套管的主体是软管，软管的一端或两端具有金属管头，该金属管头与软管固定连接为整体，所述缆芯的头部伸出金属管头；在套管内填充有数段密封胶，将缆芯固定在套管内；所述金属管头上设有吊环，用于将电缆悬挂在井架上；
所述金属管头由法兰盘、内扣件、外扣件组成，法兰盘的内孔是螺纹孔，所述内扣件有与该螺纹孔适配的外螺纹，内扣件与法兰盘螺接后再焊接；所述软管的头部套在内扣件上，并采用加热硫化工艺与内扣件固定连接；所述外扣件套在软管头部，并采用压接工艺将内扣件、软管、外扣件压紧连接，压接后再将内、外扣件的结合部焊接；
所述法兰盘上有螺纹连接孔，所述吊环螺接于该螺纹连接孔内；
所述缆芯由导体及逐层包裹在导体外围的包覆层、绝缘层、护套构成，所述导体采用超细高纯度软铜丝或超细高纯度镀锡软铜丝绞合而成；所述绝缘层为乙丙橡胶、硅橡胶、热塑性弹性体中的任何一种；所述护套采用热塑性弹性体材料。
2.根据权利要求1所述的顶驱钻井专用电缆，其特征在于：所述金属管头用不锈钢制成。
3.根据权利要求1所述的顶驱钻井专用电缆，其特征在于：所述密封胶共三段，分别填充在套管的两个管头部位和中部。
4.根据权利要求1所述的顶驱钻井专用电缆，其特征在于：所述软管是耐油橡胶管。
5.根据权利要求1所述的顶驱钻井专用电缆，其特征在于：所述伸出金属管头的缆芯头部套有金属防擦网。
6.根据权利要求4所述的顶驱钻井专用电缆，其特征在于：所述耐油橡胶管是夹布耐油橡胶管、夹弹簧钢丝耐油橡胶管、夹布带钢丝耐油橡胶软管之一种。
7.权利要求1所述电缆的制造方法，包括步骤：
①.按常规电缆制造工艺制备好缆芯；
②.机加工金属管头零件法兰盘、内扣件、外扣件及吊环；
③.将软管的头部套在内扣件上，采用加热硫化工艺使其固定连接；
④.将外扣件套在软管管头部位，对应内扣件，用压接工具将内扣件、软管、外扣件压紧连接，压接后再将内、外扣件的结合部焊接；
⑤.将多根缆芯绞合为一体，用绕包带包扎起来；
⑥.将绞合后的缆芯穿入套管内，让缆芯的头部伸出套管；
⑦.在套管内部空间相间填充几段密封胶，将缆芯固定在套管内；
⑧.将法兰盘螺接在内扣件上，再将结合部焊接；
⑨.将吊环螺接于法兰盘的连接孔内；
⑩.在每一根缆芯的头部套一个金属防擦网。
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