CN102737782B - 一种中心钢管双铠型水下生产系统用脐带缆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种中心钢管双铠型水下生产系统用脐带缆，包括脐带缆主体、用于包覆脐带缆主体的镀锌钢丝铠带层，用于包覆镀锌钢丝铠带层的外护套，所述脐带缆主体包括电缆单元、光纤单元、不锈钢管单元和用于包覆电缆单元、光纤单元、不锈钢管单元的脐带缆主体护套，所述不锈钢管单元包括位于脐带缆主体中心的中心不锈钢管和位于中心不锈钢管外侧四周的外侧不锈钢管，所述光纤单元和电缆单元均位于中心不锈钢管外侧四周，所述脐带缆主体还包括用于填充不锈钢管单元、电缆单元和光纤单元之间空隙的填充绳。本发明抗水压力强、制造成本低、稳定性好，适用于深水环境中。

Description

一种中心钢管双铠型水下生产系统用脐带缆

技术领域

本发明涉及一种用于深海油气资源开发的电缆，尤其涉及一种中心钢管双铠型水下生产系统脐带缆，该电缆主要由缆、光缆、液压或化学药剂管组成，主要用于深海油气资源的开发。

背景技术

脐带缆是海底油气勘采、海洋工程等领域的关键设备，主要为深海生产系统提供电力、气液压动力、化学注入和数据传输通道。由于“脐带缆”的设计要兼顾电、通信、液压等功能外，还要满足复杂海况的动态响应要求，其材料强度、柔韧性、抗腐蚀和抗渗透要求极高。

水下脐带缆经常使用在海水中，又常常与油接触，不仅要求耐碱性还有耐油性；由于水下脐带缆使用时需要经常移动和收放，还应具有耐磨性；另外，由于深海油气勘探开发中使用的水下脐带缆使用在水下1500米，水下脐带缆垂直使用长度最短长度也为1500米，长度决定了电缆自身的重量较大，另外，水下脐带电缆还需要与其他水下设备连接，因此要求脐带缆自身具有良好的浮力性能。

此种水下生产系统脐带缆主要由电缆（动力缆）、光缆（单模）、液压或化学药剂管（钢管）的组成。其中电缆主要起传输电力作用，光缆主要起通信作用，钢管主要起液压和保护作用，三种单元结合在一起后，各单元结构、位置安排合理，保护有效，使此种水下生产系统脐带缆具有顾电、通信、液压等功能。

目前有关脐带缆的现有技术主要有以下几种：

1、授权公告号CN201749732U，授权公告日为2011年2月16日的中国实用新型公开了一种水下机器人用光电复合脐带缆，涉及的是一种将电能传输和光纤通信功能综合在一起的光电复合脐带缆，适用于无人遥控水下机器人，用于对水下机器人的电动机所需电能的传输，同时实现了将水下机器人获取的图像等各种信息上传至测控船，并将测控船下达的各种指令等信息下传给水下机器人。包括电缆单元、光纤单元、填充阻水材料、绕包层、内护层、芳纶加强层和外护层；电缆单元具有电缆单元导体，在电缆单元导体外挤包有电缆单元绝缘层；在光纤单元外部绞合有若干根电缆单元构成缆芯，在缆芯的光纤单元和电缆单元间隙中填充阻水材料，在缆芯外部有绕包层，绕包层外挤包有内护层，内护层外缠绕有芳纶加强层，在芳纶加强层外挤包有外护层。该实用新型不但能够完成正常的水下机器人的电动机所需的电能传输，而且能够将水下机器人获取的图像等各种信息上传至遥控船，并将测控船下达的各种指令等信息传给水下机器人，确保水下机器人能够保持准确的航行姿态和各种科学研究所需要的操作。但是该实用新型的光电复合脐带缆如果用于脐带缆是海底油气勘采、海洋工程等领域时，由于其特殊的工作环境，很容易造成脐带缆的腐蚀，使用寿命大大缩短，在石油开采时，往往具有很大的液压力，而该实用新型不能够承受如此大的液压力，根本无法用于石油开采领域。

2、授权公告号为CN202167262U，授权公告日为2012年3月14日的中国实用新型公开了一种水下生产系统脐带缆，设置有外护层、镀锌钢丝铠装层和脐带缆主体，如外护层套于镀锌钢丝铠装层外表面，镀锌钢丝铠装层设置于脐带缆主体外侧；外护层为低密度高分子材料层，且厚度大于等于3mm；镀锌钢丝铠装层由连续环状阵列的镀锌钢丝组成；脐带缆主体设置有光纤单元，电缆单元，管路单元，阻水填充条组成，电缆单元设置于脐带缆主体中间，光缆单元、管路单元和阻水填充条设置于电缆单元外围。电缆单元包括四芯电源线单芯导体、阻水填充体和四芯电源线护套，四芯电源线单芯导体外侧包覆于四芯电源线单芯绝缘体，四芯电源线护套包覆于四芯电源线外侧，且四芯电源线护套为低密度高分子材料护套，阻水填充条设置于四芯电源线护套外侧。光纤单元包括光纤单元保护层、芳纶加强层和光纤组，光纤组设置于光纤单元中间，芳纶加强层围绕于光纤组外侧，光纤单元保护层包覆于芳纶加强外侧。

采用这种结构的一种水下生产系统脐带缆，功能齐全，抗拉、耐弯折、耐腐蚀和承重能力强，不易老化，能很好地适应不同的水下环境，满足水下作业不同的需求，尤其是深水油气勘探开发。但是该实用新型存在以下缺点：

 1、由于该实用新型电缆单元位于脐带缆主体中间，当该实用新型用于深海环境时，由于巨大的深水压力，脐带缆受到了很大的压力，脐带缆长期处于这种强大压力的环境下，电缆单元互相造成挤压，可能造成电缆单元的损坏。

2、该实用新型的不锈钢管设置在电缆单元的周围，当该实用新型周围的水压力超过15mpa时，设置在电缆单元周围的不锈钢管可能被压扁，虽然不锈钢管很好的保护了电缆单元，但是由于不锈钢管的变形，也会导致整个电缆的变形，造成整个电缆的损坏。

3、 该实用新型的不锈钢管外层没有设置任何的保护层，在周围水压力较大的情况下，不锈钢管之间、不锈钢管与电缆单元之间、不锈钢管与光纤单元之间直接接触，很容易造成他们相互之间的挤压造成不锈钢管、电缆单元以及光纤单元的损坏，从而造成整个脐带缆的损坏。

4、 该实用新型光纤单元包括光纤组、芳纶加强层、光单元保护层，光纤组设置与光纤单元的中间，芳纶加强层围绕光纤组外侧，光单元保护层包覆在芳纶加强层外侧，使用芳纶加强层的制造成本较高，在实际应用中，技术不够成熟，容易出现各种技术问题。由于该实用新型经常使用在深水中，其周围会产生大量的水汽，在脐带缆发生变形时，水汽可能从变形处渗进光纤单元，污染光纤组，造成光纤单元的损坏。

5、该实用新型采用芳纶作为填充物，使用芳纶作为填充物可以是脐带缆缆心圆整，又可以加强电缆抗拉强度和耐弯折度，但是芳纶的使用成本较高，且应用技术不够成熟，生产工艺不好控制。 

发明内容

为了克服上述脐带缆抗压能力较弱、稳定性较差、生产成本较高的缺陷，本发明提供了一种中心钢管双铠型水下生产系统用脐带缆，该脐带缆能够很好的适应深水环境、抗压能力强、稳定性好、生产成本较低。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种中心钢管双铠型水下生产系统用脐带缆，包括脐带缆主体、用于包覆脐带缆主体的镀锌钢丝铠带层，用于包覆镀锌钢丝铠带层的外护套，其特征在于：所述脐带缆主体包括电缆单元、光纤单元、不锈钢管单元和用于包覆电缆单元、光纤单元、不锈钢管单元的脐带缆主体护套，所述不锈钢管单元包括位于脐带缆主体中心的中心不锈钢管和位于中心不锈钢管外侧四周的外侧不锈钢管，所述光纤单元和电缆单元均位于中心不锈钢管外侧四周，所述脐带缆主体还包括用于填充不锈钢管单元、电缆单元和光纤单元之间空隙的填充绳。

所述电缆单元包括四芯电源线导体，四芯电源线绝缘体和四芯电源线护套，所述四芯电源线绝缘体用于包覆四芯电源线导体，所述四芯电源线护套用于包覆四芯电源线绝缘体。

所述四芯电源线护套为聚乙烯护套。

所述四芯电源线绝缘体是用交联聚乙烯制成的绝缘体。

所述电缆单元有三组，位于中心不锈钢管外侧四周，且被外侧不锈钢管和填充绳隔开。

所述不锈钢管单元外侧包覆有衬层，该衬层为聚乙烯护层。

所述光纤单元包括由光纤、触变型油膏和不锈钢管组成的光纤组、光单元加强钢丝和光单元护套，光纤外层绞合于不锈钢管内，不锈钢管内填充触变型油膏，不锈钢管外侧绞合有光单元加强钢丝，光单元护套包覆在光单元加强钢丝外侧。

所述光单元护套为聚乙烯护套。

所述脐带缆主体护套为聚乙烯护套。

所述填充绳包括聚乙烯填充绳和聚丙烯填充绳，聚乙烯填充绳用于填充电缆单元、光纤单元、不锈钢管单元之间的空隙，其外径为5.05mm的标准填充绳，聚丙烯填充绳为非标准外径填充绳，用于填充电缆单元、光纤单元、不锈钢管单元之间被聚乙烯填充绳填充剩下的空隙。

所述镀锌钢丝铠带层为内外两层双用镀锌钢丝铠装。

所述外护套为聚乙烯护套。

本发明具有以下优点：

1、本发明的不锈钢管单元包括位于脐带缆主体中心的中心不锈钢管和位于中心不锈钢管外侧四周的外侧不锈钢管，在脐带缆主体中心设置的中心不锈钢管直接增大了整根脐带缆的抗水压应力，从而提高整根脐带缆的抗水压应力。当水压力超过15mpa时，脐带缆也不会发生变形，从而提高了脐带缆的稳定性和抗水压力，使得脐带缆能够长期在深水环境中使用而不会发生变形损坏。

2、本发明的电缆单元设置在中心不锈钢管外侧四周，三组电缆单元之间被外侧不锈钢管和填充绳隔开，电缆单元之间不在相互接触，相互之间不会发生挤压，有效的防止了电缆单元之间的挤压变形，电缆单元受到的外部压力很大部分传递给了中心不锈钢管，使得电缆单元承受了较小的压力，从而保证了电缆单元的稳定性。

3、本明在不锈钢管外侧包覆有衬层，衬层为聚乙烯，采用聚乙烯材料作为不秀钢管与电缆单元、光纤单元及护套之间的缓冲层，以免在高水压下不锈钢管直接接触从而损坏电缆、光单元及护套，对不锈钢单元、电缆单元、光纤单元起到了很好的保护作用，从而提高了脐带缆的稳定性，防止了脐带缆因为不锈钢单元而变形损坏。

4、本发明光纤单元包括光纤、触变型油膏、不锈钢管、光单元加强钢丝和光单元护套，光纤外层绞合于不锈钢管内，不锈钢管内填充触变型油膏，不锈钢管外侧绞合有光单元加强钢丝，光单元护套包覆在光单元加强钢丝外侧。在不锈钢管内填充触变性油膏可以有效的阻止从脐带缆外部的水汽渗进不锈钢管内污染光纤。由于不锈钢管抗测压及密封性能优异，采用不锈钢管进行保护光纤不仅效果好且造价便宜。在不锈钢管外侧绞合有光单元加强钢丝进行二次保护，增加光单元的保护能力，提高光单元纵向抗拉强度、光单元横向水密、纵向抗拉等能力。

5、本发明的填充物采用的是聚乙烯填充绳和聚丙烯填充绳，聚乙烯填充绳均为外径为5.05mm的标准填充绳，聚丙烯填充绳为各种非标准外径填充绳，根据实际空间选择数量和大小，这样搭配是根据电缆外径和成缆空隙选择，可以在成缆时将电缆绞合圆整，又可以加强电缆抗拉强度和耐弯折度且造价成本低。

6、本发明的四芯电源线护套、电源线绝缘体、光单元护套和脐带缆主体护套的材料均采用聚乙烯，用聚乙烯制成的护套和绝缘体具有良好的抗拉强度和挤出性能和良好的耐海水性能，能够很好的保护电缆。

附图说明

图1为本发明截面结构示意图。

图中标记 1、外侧不锈钢管，2、衬层，3、聚乙烯填充绳，4、光单元护套，5、光单元加强钢丝，6、光纤组，7、脐带缆主体护套，8、中心不锈钢管，9、聚丙烯填充绳，10、四芯电源线导体，11、四芯电源线绝缘体，12、四芯电源线护套，13、镀锌钢丝铠带层，14、外护套。

具体实施方式

如图1所示，本发明提供的一种中心钢管双铠型水下生产系统用脐带缆，包括脐带缆主体、用于包覆脐带缆主体的镀锌钢丝铠带层13，用于包覆镀锌钢丝铠带层13的外护套14，其特征在于：所述脐带缆主体包括电缆单元、光纤单元、不锈钢管单元和用于包覆电缆单元、光纤单元、不锈钢管单元的脐带缆主体护套7，所述不锈钢管单元包括位于脐带缆主体中心的中心不锈钢管8和位于中心不锈钢管8外侧四周的外侧不锈钢管1，所述光纤单元和电缆单元均位于中心不锈钢管8外侧四周，所述脐带缆主体还包括用于填充不锈钢管单元、电缆单元和光纤单元之间空隙的填充绳。在脐带缆主体中心设置的中心不锈钢管8直接增大了整根脐带缆的抗水压应力，从而提高整根脐带缆的抗水压应力。当水压力超过15mpa时，脐带缆也不会发生变形，从而提高了脐带缆的稳定性和抗水压力，使得脐带缆能够长期在深水环境中使用而不会发生变形损坏。

电缆单元：

电缆单元包括四芯电源线导体10，四芯电源线绝缘体11和四芯电源线护套12，所述四芯电源线导体10外侧被四芯电源线绝缘体12，四芯电源线护套12用于包覆四芯电源线导体10和四芯电源线绝缘体12。四芯电源线导体10为裸铜绞线交联聚乙烯四芯电源线绝缘体11绝缘挤出后，四芯成缆绞合。然后在四芯电源线绝缘体11外侧包覆四芯电源线护套12，四芯电源线护套12为聚乙烯护套。用聚乙烯制成的四芯电源线绝缘体11和四芯电源线护套12具有良好的抗拉强度和挤出性能和良好的耐海水性能，能够很好的保护电缆单元的四芯电源线导体10。我们设置电缆单元为三组，位于中心不锈钢管8外侧四周，且被外侧不锈钢管1和聚乙烯填充绳3与聚丙烯填充绳9隔开。三组电缆单元之间被外侧不锈钢管1和填充绳隔开，电缆单元之间不在相互接触，相互之间不会发生挤压，有效的防止了电缆单元之间的挤压变形，电缆单元受到的外部压力很大部分传递给了中心不锈钢管8，使得电缆单元承受了较小的压力，从而保证了电缆单元的稳定性。

不锈钢单元：

不锈钢单元包括位于脐带缆主体中心的中心不锈钢管8和位于中心不锈钢管8外侧四周的外侧不锈钢管1，中心不锈钢管8设有一组，其外侧包覆有衬层2，该衬层为聚乙烯护层。外侧不锈钢管1设有5组，分别位于中心不锈钢管8四周，其外侧也包覆有衬层2，该衬层为聚乙烯护层。采用聚乙烯材料作为不秀钢管单元与电缆单元、光纤单元及护套之间的缓冲层，以免在高水压下不锈钢管直接接触从而损坏电缆、光单元及护套，对不锈钢单元、电缆单元、光纤单元起到了很好的保护作用，从而提高了脐带缆的稳定性，防止了脐带缆因为不锈钢单元而变形损坏。

光纤单元：

光纤单元包括由光纤、触变型油膏和不锈钢管组成的光纤组6、光单元加强钢丝5和光单元护套4，光纤外层绞合于不锈钢管内，不锈钢管内填充触变型油膏，不锈钢管外侧绞合有光单元加强钢丝5，光单元护套4包覆在光单元加强钢丝5外侧，光单元护套为聚乙烯护套。在不锈钢管内填充触变性油膏可以有效的阻止从脐带缆外部的水汽渗进不锈钢管内污染光纤。由于不锈钢管抗测压及密封性能优异，采用不锈钢管进行保护光纤不仅效果好且造价便宜。在不锈钢管外侧绞合有光单元加强钢丝进行二次保护，增加光单元的保护能力，提高光单元纵向抗拉强度、光单元横向水密、纵向抗拉等能力。

填充绳：

填充绳包括聚乙烯填充绳3和聚丙烯填充绳9，聚乙烯填充绳3用于填充电缆单元、光纤单元、不锈钢管之间的空隙，其外径为5.05mm的标准填充绳，聚丙烯填充绳9为非标准外径填充绳，用于填充电缆单元、光纤单元、不锈钢管之间被聚乙烯填充绳填充剩下的空隙，这样搭配是根据电缆外径和成缆空隙选择，可以在成缆时将电缆绞合圆整，又可以加强电缆抗拉强度和耐弯折度且造价成本低。

整体成缆：

在立式成缆机上，将1组中心不锈钢管作为中心放线，5组外侧不锈钢管、1组光纤单元、15根聚乙烯填充绳、数根PP填充绳旋转绞合成电缆主体，然后在绞合成的电缆主体外侧包覆电缆主体护套。

双钢丝铠装：

在包覆好的电缆主体外侧放内外两层镀锌钢丝铠装层13。

外层护套：

最后在铠装好的电缆外侧包覆一层外护套14，外护套为聚乙烯护套。

Claims (6)

1.一种中心钢管双铠型水下生产系统用脐带缆，包括脐带缆主体、用于包覆脐带缆主体的镀锌钢丝铠带层（13），用于包覆镀锌钢丝铠带层（13）的外护套（14），其特征在于：所述脐带缆主体包括电缆单元、光纤单元、不锈钢管单元和用于包覆电缆单元、光纤单元、不锈钢管单元的脐带缆主体护套（7），所述不锈钢管单元包括位于脐带缆主体中心的中心不锈钢管（8）和位于中心不锈钢管（8）外侧四周的外侧不锈钢管（1），所述光纤单元和电缆单元均位于中心不锈钢管（8）外侧四周，所述脐带缆主体还包括用于填充不锈钢管单元、电缆单元和光纤单元之间空隙的填充绳，所述不锈钢管单元外侧包覆有衬层（2），该衬层（2）为聚乙烯护层，所述填充绳包括聚乙烯填充绳（3）和聚丙烯填充绳（9），聚乙烯填充绳（3）用于填充电缆单元、光纤单元、不锈钢管单元之间的空隙，为标准外径填充绳，聚丙烯填充绳（9）为非标准外径填充绳，用于填充电缆单元、光纤单元、不锈钢管单元之间被聚乙烯填充绳（3）填充剩下的空隙，所述电缆单元包括四芯电源线导体（10），四芯电源线绝缘体（11）和四芯电源线护套（12），所述四芯电源线绝缘体（11）用于包覆四芯电源线导体（10），所述四芯电源线护套（12）用于包覆四芯电源线绝缘体（11），所述光纤单元包括由光纤、触变型油膏和不锈钢管组成的光纤组（6）、光单元加强钢丝（5）和光单元护套（4），光纤外层绞合于不锈钢管内，不锈钢管内填充触变型油膏，不锈钢管外侧绞合有光单元加强钢丝（5），光单元护套（4）包覆在光单元加强钢丝（5）外侧。

2.根据权利要求1所述的一种中心钢管双铠型水下生产系统用脐带缆，其特征在于：所述四芯电源线护套（12）为聚乙烯护套。

3.根据权利要求1所述的一种中心钢管双铠型水下生产系统用脐带缆，其特征在于：所述四芯电源线绝缘体（11）是用交联聚乙烯制成的绝缘体。

4.根据权利要求1所述的一种中心钢管双铠型水下生产系统用脐带缆，其特征在于：所述电缆单元有三组，位于中心不锈钢管（8）外侧四周，且被外侧不锈钢管（1）和填充绳隔开。

5.根据权利要求1所述的一种中心钢管双铠型水下生产系统用脐带缆，其特征在于：所述光单元护套（4）为聚乙烯护套。

6.根据权利要求1所述的一种中心钢管双铠型水下生产系统用脐带缆，其特征在于：所述脐带缆主体护套（7）为聚乙烯护套。