CN109065232A - 油气勘探机器人用碳纤维光纤承荷探测电缆 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种油气勘探机器人用碳纤维光纤承荷探测电缆，包括不锈钢管和设置在不锈钢管内的支架，在支架与不锈钢管之间形成若干空腔，在空腔内设置有光纤单元，在空腔内填充有阻水剂；在不锈钢管外向外依次设置有芳纶纤维层、内层碳纤维和外层碳纤维。本发明设置有两层碳纤维层，无需在外层加装铠装层，取代了传统的双层不锈钢铠装层，使得电缆整体的重量大大减轻，并大大提高了电缆的承荷性能，本发明将芳纶纤维层和碳纤维层结合使用，使得电缆耐高温，耐腐蚀，质量轻，耐撕拉，承荷能力强，寿命增长，保证油气勘探工作的高质量、稳定进行。
Description
技术领域
本发明属于探测电缆技术领域，具体涉及一种油气勘探机器人用碳纤维光纤承荷探测电缆。
背景技术
高温高压油、气井的勘探测井作业，通常通过探测电缆连接井下的测井仪和地面的监测设备，高温高压油、气井中含有H2S等腐蚀性气体，且压力较大，深入井下的电缆必须具备良好的防腐蚀性能和抗压能力，探测电缆还要承受井下仪器的重量，需要具备优良的承荷能力和抗拉性能，现有的探测电缆采用金属的铠装层，金属材料应用量大，使得电缆本身的重量较重，且金属抗腐蚀能力不够优良，导致电缆使用寿命短，且信号传输能力受影响。
发明内容
发明目的：针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种重量强、油气勘探机器人用碳纤维光纤承荷探测电缆。
技术方案：为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：
一种油气勘探机器人用碳纤维光纤承荷探测电缆，包括不锈钢管和设置在不锈钢管内的支架，在所述支架与不锈钢管之间形成若干空腔，在所述空腔内设置有光纤单元，在所述空腔内填充有阻水剂；在所述不锈钢管外向外依次设置有芳纶纤维层、内层碳纤维和外层碳纤维。
作为优选，所述芳纶纤维层采用对位芳纶纤维或者间位芳纶纤维。
作为优选，所述对位芳纶纤维采用Kevlar纤维、Twaron纤维或者Technora纤维；所述间位芳纶纤维为Nomex纤维、Tametar纤维或者Conex纤维。
作为优选，所述支架2为“十”字形状、“＊”形状、“*”形状或者“米”字状，不同形状的支架2形成4个、5个、6个或者8个空腔，在每个空腔内设置有光纤单元。
作为优选，所述支架采用橡胶、聚醚醚酮或者铝合金制成。
作为优选，所述阻水剂为阻水油膏、阻水纱和/或阻水粉。
作为优选，在所述不锈钢管与芳纶纤维层之间设置有屏蔽层，所述屏蔽层为缠绕在不锈钢管外的一层半导电尼龙带。
作为优选，在所述外层碳纤维外设置有外护层，所述外护层是由涂覆在外层碳纤维外的聚酰亚胺形成。
作为优选，所述不锈钢管采用奥氏体不锈钢制成。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明的油气勘探机器人用碳纤维光纤承荷探测电缆，在装有光纤单元的不锈钢管外设置有芳纶纤维层和双层的碳纤维层，芳纶纤维层强度高、韧性好、耐高温、耐撕拉、易于加工和成型，碳纤维强度高，抗压耐高温性能好，耐腐蚀能力强，能应对油气井内的各种腐蚀性气体的腐蚀，本发明设置有两层碳纤维层，无需在外层加装铠装层，取代了传统的双层不锈钢铠装层，使得电缆整体的重量大大减轻，并大大提高了电缆的承荷性能，本发明将芳纶纤维层和碳纤维层结合使用，使得电缆耐高温，耐腐蚀，质量轻，耐撕拉，承荷能力强，寿命增长，保证油气勘探工作的高质量、稳定进行。
附图说明
图1是油气勘探机器人用碳纤维光纤承荷探测电缆结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
如图1所示，一种油气勘探机器人用碳纤维光纤承荷探测电缆，包括不锈钢管1和设置在不锈钢管1内的支架2，在支架2与不锈钢管1之间形成若干空腔3，在空腔3内设置有光纤单元4，在空腔3内填充有阻水剂31；在不锈钢管1外向外依次设置有芳纶纤维层5、内层碳纤维6和外层碳纤维7。
芳纶纤维层5采用对位芳纶纤维或者间位芳纶纤维。其中对位芳纶纤维采用美国杜邦的Kevlar纤维、日本帝人公司的Twaron纤维或者Technora纤维；间位芳纶纤维为美国杜邦的Nomex纤维、烟台泰和新材的Tametar纤维或者日本帝人的Conex纤维。芳纶纤维具有超高强度、高模量和耐高温、耐酸耐碱、重量轻、高耐磨、高抗撕裂性等优良性能，其强度是钢丝的5～6倍，模量为钢丝或玻璃纤维的2～3倍，韧性是钢丝的2倍，而重量仅为钢丝的1/5左右，在560℃的温度下，不分解，不融化，具有良好的绝缘性和抗老化性能，具有很长的生命周期，芳纶纤维编织在不锈钢管1的外周，大大提高电缆的强度、承载能力和使用寿命。本发明优选采用美国杜邦的Kevlar纤维，Kevlar纤维强度高、韧性好、耐高温、易于加工和成型，其强度为同等质量钢铁的5倍，Kevlar密度为每立方厘米1.44克，仅为钢铁的五分之一(钢铁密度为每立方厘米7.859克)。
内层碳纤维6涂覆在芳纶纤维层5的外表面，由于涂覆在碳纤维层的厚度较薄，本发明设置有两层碳纤维层，无需在外层加装铠装层，取代了传统的双层不锈钢铠装层，使得电缆整体的重量大大减轻，并大大提高了电缆的承荷性能。碳纤维对一般的有机溶剂、酸、碱都具有良好的耐腐蚀性，不溶不胀，耐蚀性极其优异，碳纤维拉伸强度约为2到7GPa，拉伸模量约为200到700GPa，密度约为1.5到2.0克每立方厘米，强度高，抗压耐高温性能好，耐腐蚀能力强，能应对油气井内的各种腐蚀性气体的腐蚀，提高电缆的使用寿命，碳纤维是作为电缆防腐、抗压、耐温、承载的绝佳材料。
支架2为“十”字形状、“＊”形状、“*”形状或者“米”字状，其中“十”字形状、“＊”形状、“*”形状或者“米”字状形状的支架2分别形成4个、5个、6个或者8个空腔3，可以根据光纤单元4的数量采用不同形状的支架2，在每个空腔3内设置有光纤单元4。如图1所示，本发明的优选采用“十”字型的支架2，空腔3靠近支架2的内表面设置成弧形，以适应光纤单元4的形状。
光纤单元4内的光纤根据需要设置为单模光纤或者多模光纤，或者单模光纤与多模光纤的组合。单模光纤1310nm衰减指标小于0.80dB/km，1550nm衰减指标小于0.60dB/km；光纤耐温范围-50～300℃，光纤余长大于3‰。
支架2采用橡胶、聚醚醚酮或者铝合金制成，橡胶支架为现有的较长使用的支架，本发明优选采用聚醚醚酮或者铝合金支架。聚醚醚酮具有良好机械性能、耐高温、耐磨耗、并能耐高压，抗拉伸。且聚醚醚酮的密度低，易于加工，可使用多种传统的热塑加工设备直接加工，在提高电缆性能的同时也大大简化了工艺步骤，适合快速的进行电缆的大批量正产，降低能源消耗，提高产能。铝合金的支架密度低、质量轻、抗拉强度好，耐弯折，寿命长。
不锈钢管1内填充的阻水剂31为阻水油膏、阻水纱、阻水粉或者三者的任意组合，以提高阻水效率，不锈钢管1和阻水剂31配合，防止油井气井内的气体液体进入电缆内部。
在不锈钢管1与芳纶纤维层5之间设置有屏蔽层8，屏蔽层8为缠绕在不锈钢管1外的一层半导电尼龙带，屏蔽层8可增强电缆的整体抗外界电磁场干扰性能，使信号传输稳定，视频成像清晰，数据采收率达到99.95％以上。
在外层碳纤维7外设置有外护层9，外护层9是由涂覆在外层碳纤维7外的聚酰亚胺形成，用于固化碳纤维，防止碳纤维层损伤。
不锈钢管1采用奥氏体不锈钢制成，奥氏体不锈钢管由奥氏体不锈钢带通过制管、激光焊接而成，密封无缝隙，并在线进行涡流无损探伤，焊接后的钢管耐压大于100MPa，确保电缆在井下能承受100MPa的井压。。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种油气勘探机器人用碳纤维光纤承荷探测电缆，其特征在于：包括不锈钢管(1)和设置在不锈钢管(1)内的支架(2)，在所述支架(2)与不锈钢管(1)之间形成若干空腔(3)，在所述空腔(3)内设置有光纤单元(4)，在所述空腔(3)内填充有阻水剂(31)；在所述不锈钢管(1)外向外依次设置有芳纶纤维层(5)、内层碳纤维(6)和外层碳纤维(7)。
2.根据权利要求1所述的油气勘探机器人用碳纤维光纤承荷探测电缆，其特征在于：所述芳纶纤维层(5)采用对位芳纶纤维或者间位芳纶纤维。
3.根据权利要求2所述的油气勘探机器人用碳纤维光纤承荷探测电缆，其特征在于：所述对位芳纶纤维采用Kevlar纤维、Twaron纤维或者Technora纤维；所述间位芳纶纤维为Nomex纤维、Tametar纤维或者Conex纤维。
4.根据权利要求1所述的油气勘探机器人用碳纤维光纤承荷探测电缆，其特征在于：所述支架(2)为“十”字形状、“＊”形状、“*”形状或者“米”字状，不同形状的支架(2)形成4个、5个、6个或者8个空腔(3)，在每个空腔(3)内设置有光纤单元(4)。
5.根据权利要求1或者4所述的油气勘探机器人用碳纤维光纤承荷探测电缆，其特征在于：所述支架(2)采用橡胶、聚醚醚酮或者铝合金制成。
6.根据权利要求1所述的油气勘探机器人用碳纤维光纤承荷探测电缆，其特征在于：所述阻水剂(31)为阻水油膏、阻水纱和/或阻水粉。
7.根据权利要求1所述的油气勘探机器人用碳纤维光纤承荷探测电缆，其特征在于：在所述不锈钢管(1)与芳纶纤维层(5)之间设置有屏蔽层(8)，所述屏蔽层(8)为缠绕在不锈钢管(1)外的一层半导电尼龙带。
8.根据权利要求1所述的油气勘探机器人用碳纤维光纤承荷探测电缆，其特征在于：在所述外层碳纤维(7)外设置有外护层(9)，所述外护层(9)是由涂覆在外层碳纤维(7)外的聚酰亚胺形成。
9.根据权利要求1所述的油气勘探机器人用碳纤维光纤承荷探测电缆，其特征在于：所述不锈钢管(1)采用奥氏体不锈钢制成。
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