CN112292507A - 用于测井电缆的导电外护套 - Google Patents

Abstract

提供了一种包含导电外层的电缆以及用于制造所述导电外层和所述电缆的方法。电缆可包括电缆芯和围绕所述电缆芯的多个铠装电线强度构件。所述电缆还可包括围绕所述多个铠装电线强度构件设置的导电外层，所述导电外层物理接触所述多个铠装电线强度构件中的至少一个铠装电线强度构件。

Description

用于测井电缆的导电外护套

交叉引用段落

本申请要求2018年5月31日提交的标题为“CONDUCTIVE OUTER JACKET FORWIRELINE CABLE”的美国临时申请号62/678,659的权益，所述申请的公开内容据此以引用的方式并入本文。

背景技术

本公开涉及一种用于将井筒电缆的外强度构件层电接地的系统和方法。

这个部分意图为读者介绍本领域中可能与下文描述和/或要求保护的本技术的各个方面相关的各个方面。这种论述被认为有利于向读者提供背景信息，以有利于更好地理解本公开的各个方面。因此，应当理解，这些陈述应以上述角度进行阅读而不是作为任何形式的承认。

从钻入地质地层中的井筒生产烃类是一项非常复杂的尝试。在许多情况下，可通过来自被传送到井筒深处的井下测井工具的测量结果来告知涉及烃类勘探和生产的决策。所述测量结果可用于推断围绕井筒的地质地层的性质和特性。因此，当研究井筒以确定井筒内的流体、井筒内的气体或井筒本身的物理状况时，可能期望将具有相关联的测量工具和/或传感器的井下装置放置在井筒内。

电缆可用于在井筒的套管内升高或降低井下装置。电缆可由沿着电缆的长度延伸的导体、绝缘材料、填充材料、聚合物护套和铠装电线强度构件的组合形成。在许多情况下，某些导体设置在电缆中心附近的受保护电缆芯内。这些导体可从设置在井筒表面附近的电源向井下装置传输电能，诸如电流。这样，导体可有利于井下装置的远程操作。在某些情况下，铠装电线强度构件周向围绕电缆芯，并且将来自井下装置的返回电流传输到电源。许多电缆可包括围绕铠装电线强度构件设置的绝缘聚合物护套，以用于使电缆的外部光滑并且有利于使电缆沿着井筒穿过。然而，结果是，铠装电线强度构件可能承载不期望的电压电势。

发明内容

下文阐述了本文公开的某些实施方案的概述。应当理解，这些方面仅被呈现来向读者提供这些特定实施方案的简要概述，并且这些方面不意图限制本公开的范围。实际上，本公开可包括下文可能未阐述的各个方面。

在一个实例中，电缆包括电缆芯和围绕所述电缆芯的多个铠装电线强度构件。所述电缆还包括围绕所述多个铠装电线强度构件设置的导电外层，所述导电外层物理接触所述多个铠装电线强度构件中的至少一个铠装电线强度构件。

可相对于本公开的各个方面对上文提及的特征进行各种改进。其他特征同样也可并入所述各个方面中。这些改进和另外的特征可单独存在或以任何组合存在。例如，下文关于所示的实施方案中的一个或多个实施方案论述的各种特征可单独地或以任何组合并入到本公开的上文描述的各方面中的任何方面中。上文呈现的简要概述意图使读者熟悉本公开的实施方案的某些方面和背景，而不限制要求保护的主题。

附图说明

在阅读以下详细描述之后并在参考附图之后可更好地理解本公开的各个方面，在附图中：

图1是根据本公开的实施方案的可沿着井筒的长度获得数据测量结果的井筒测井系统和井下装置的示意图；

图2是根据本公开的实施方案的井下装置和具有导电外层的电缆的示意图；

图3是根据本公开的实施方案的具有导电外层的电缆的透视图；

图4是根据本公开的实施方案的电缆的剖视图，其示出围绕电缆的铠装电线强度构件设置的导电聚合物护套；

图5是根据本公开的实施方案的电缆的剖视图，其示出嵌入导电聚合物护套内的铠装电线强度构件；

图6是根据本公开的实施方案的电缆的剖视图，其示出围绕铠装电线强度构件设置的导电扁电线阵列；

图7是根据本公开的实施方案的电缆的剖视图，其示出围绕铠装电线强度构件设置的导电圆电线阵列；

图8是根据本公开的实施方案的电缆的剖视图，其示出围绕导电聚合物护套设置的导电圆电线阵列；

图9是根据本公开的实施方案的电缆的剖视图，其示出围绕铠装电线强度构件设置的多层导电扁电线阵列；

图10是根据本公开的实施方案的电缆的剖视图，其示出围绕铠装电线强度构件设置的多层导电圆电线阵列；

图11是根据本公开的实施方案的电缆的剖视图，其示出围绕导电聚合物护套设置的多层导电圆电线阵列；

图12是根据本公开的实施方案的电缆的剖视图，其示出围绕铠装电线强度构件设置的导电带；并且

图13是根据本公开的实施方案的电缆的剖视图，其示出嵌入导电带内的铠装电线强度构件。

具体实施方式

下文将描述本公开的一个或多个具体实施方案。这些描述的实施方案仅是当前公开的技术的实例。另外，为了提供对这些实施方案的简要描述，说明书中可能不会描述实际实现方式的所有特征。应了解，如同在任何工程或设计项目中一样，在开发任何此类实际实现方式时，都必须作出众多实现方式特定的决定，以实现开发人员的具体目标，诸如遵守与系统相关以及与业务相关的约束，这些约束可能会随实现方式而变化。此外，应了解，这种开发工作可能是复杂且耗时的，但是对受益于本公开的普通技术人员而言，这仍将是设计、制作和生产中的常规任务。

在介绍本公开的各种实施方案的元件时，冠词“一”、“一个”、和“所述”意图表示存在一个或多个此类元件。术语“包含”、“包括”和“具有”意图是包括性的，并且表示除了所列元件外，可能还存在另外的元件。另外，应当理解，对本公开的“一个实施方案”或“实施方案”的提及并不意图被解释为排除也结合了所述特征的另外的实施方案的存在。

如上文所论述的，一些井筒电缆可包括绝缘聚合物护套，所述绝缘聚合物护套包围沿着电缆的长度延伸的铠装电线强度构件。因此，绝缘聚合物护套可防止将铠装电线强度构件接地到周围环境(诸如套管或相邻的地质地层)，并且因此使得能够在铠装电线强度构件内积累电荷。本公开的系统和方法允许带护套的测井电缆的铠装电线强度构件接地，这可以减少或基本上消除不期望的电荷累积和/或电缆与周围环境之间的不期望的放电。

考虑到这一点，图1示出可采用本公开的系统和方法的测井系统10。测井系统10可用于通过井筒16将井下装置12或虚拟重量传送通过地质地层14。在一些实施方案中，套管17可设置在井筒16内，使得井下装置12可在套管17内穿过井筒16。井下装置12可通过测井绞车系统20在电缆18上传送。尽管测井绞车系统20在图1中被示意性地示出为由卡车运载的移动式测井绞车系统，但是测井绞车系统20可以是基本上固定的(例如，基本上是永久性的或模块化的长期安装)。可使用适用于测井的任何电缆18。电缆18可卷绕在滚筒22上并在所述滚筒上退绕，并且辅助电源24可向测井绞车系统20和/或井下装置12提供能量。

井下装置12可通过任何合适的遥测(例如，经由通过地质地层14发出脉冲的电或光信号或通过泥浆脉冲遥测)将测井测量结果26提供给数据处理系统28。数据处理系统28可处理测井测量结果。测井测量结果26可指示人类操作员可能原本无法辨别的井筒16的某些特性(例如，压力、温度、应变、振动或其他项)。

为此，数据处理系统28因此可以是可用于执行本公开的系统和方法的任何电子数据处理系统。例如，数据处理系统28可包括处理器30，所述处理器可执行存储在存储器32和/或存储装置34中的指令。这样，数据处理系统28的存储器32和/或存储装置34可以是可存储指令的任何合适的制品。仅了列举几个实例，存储器32和/或存储装置34可以是ROM存储器、随机存取存储器(RAM)、闪存存储器、光学存储介质或硬盘驱动器。可以是任何合适的电子显示器的显示器36可使用测井测量结果26来提供可视化、测井记录或地质地层14或井筒16中的其他特性指示。

图2是设置在井筒16内的电缆18的示意图。电缆18包括沿着电缆18的长度延伸的电缆芯40。电缆芯40可包括若干绝缘导体，所述绝缘导体将电流42或电信号从诸如辅助电源24的电源引导至井下装置12。绝缘导体可设置成诸如单芯电缆、同轴电缆、四芯电缆、七芯电缆或任何其他合适的电缆配置的配置。如本文中更详细描述的，电缆18包括一个或多个铠装电线强度构件，所述一个或多个铠装电线强度构件围绕绝缘导体设置并且将来自井下装置12的返回电流传输到辅助电源24。电缆18包括导电外层44，所述导电外层围绕铠装电线强度构件设置并物理接触所述构件，从而在它们之间形成导电连接。因此，导电外层44形成电缆18的外表面46，所述外表面电联接到铠装电线强度构件。

导电外层44沿着一个或多个接触点(本文称为接合点47)物理地接触套管17，所述一个或多个接触点将电缆18的铠装电线强度构件接地到周围的套管17。如本文中更详细描述的，导电外层44可因此减小或基本上消除铠装电线强度构件与周围环境(诸如套管17、测井系统10的部件和/或地质地层14)之间的电势差(例如，电压差)。这样，可减轻铠装电线强度构件与这种周围结构之间的不期望的放电。

尽管电缆18在图2的说明性实施方案中被示为设置在套管17内，但是应当注意，在其他实施方案中，电缆18可用在不包括诸如套管17的外套管的井筒中。在这类实施方案中，电缆18的导电外层44可物理地接触包围井筒16的地质地层14。因此，接合点47可将电缆18的外表面46直接接地到地质地层14，并且因此，类似于上文的论述，基本上减少或消除了铠装电线强度构件与围绕电缆18的环境之间的电势差。

图3示出电缆18的透视图。如上所述，导电外层44将设置在电缆18内的一个或多个铠装电线强度构件48接地到周围环境，并且因此确保铠装电线强度构件48与周围环境之间的电势差可以忽略。例如，在某些情况下，在电缆18的操作期间电缆18可能引起磨损，使得在导电外层44内形成刺孔49。刺孔49可显示铠装电线强度构件48的暴露部分51，所述暴露部分未被导电外层44覆盖。然而，因为铠装电线强度构件48和导电外层44均通过导电外层44与接合点47之间的物理接触而接地，所以暴露部分51与周围环境之间的电势差很小。因此，导电外层44可减轻或基本上消除铠装电线强度构件48的暴露部分49与周围环境(诸如套管17、测井绞车系统20、滚筒22或测井系统10的任何其他部件)之间的不期望的放电。此外，导电外层44可确保电缆18的第一端部部分53与电缆18的第二端部部分55之间的电压差基本上相似。因此，导电外层44可基本上减少或消除电缆18的第一端部部分53与第二端部部分55之间的电荷累积。

图4是电缆18的一个实施方案的剖视图。如上所述，电缆芯40可包括若干导体50，所述若干导体被绝缘层52周向包围。因此，绝缘层52可基本上阻止导体50与电缆18的其他部分之间的不期望的电流流动。电缆芯40可被一对同心的铠装电线强度构件阵列包围，所述阵列共同形成铠装电线强度构件48。例如，电缆芯40可被一个或多个内铠装电线强度构件54周向围绕，所述一个或多个内铠装电线强度构件被一个或多个外铠装电线强度构件56周向围绕。

铠装电线强度构件48可围绕电缆芯40服务(例如，螺旋地盘绕)，沿着电缆芯40的长度纵向延伸，或以适合于围绕电缆芯40的任何方式围绕电缆芯40设置。铠装电线强度构件48可物理地保护电缆芯40，并且可为电缆18提供附加刚性。另外，铠装电线强度构件48可支撑电缆18的重量并减轻电缆芯40上的应变。此外，如上所述，铠装电线强度构件48可例如在井下装置12与辅助电源24之间传导电流。例如，导体50可将诸如电流42的主要电流从辅助电源24引导到井下装置12，而铠装电线强度构件48朝向辅助电源24引导来自井下装置12的返回电流。应当注意，在其他实施方案中，铠装电线强度构件48可仅包括周向围绕电缆芯40的单层铠装电线强度构件，而非一对同心层铠装电线强度构件，诸如在图4的说明性实施方案中所示的内铠装电线强度构件54和外铠装电线强度构件56。

第一聚合物材料层60连续设置在于内铠装电线强度构件54与电缆芯40的绝缘层52之间形成的填隙空间内。类似地，第二聚合物材料层62连续设置在于外铠装电线强度构件56与第一聚合物材料层60之间形成的填隙空间内。然而，应当注意，在其他实施方案中，第一聚合物材料层60和第二聚合物材料层62可包括在内铠装电线强度构件54和外铠装电线强度构件56的填隙空间之间延伸的单个聚合物材料层。在一些实施方案中，第一聚合物材料层60和第二聚合物材料层62可包括绝缘材料，例如像，聚四氟乙烯-全氟甲基乙烯基醚聚合物(MFA)、全氟烷氧基烷聚合物(PFA)、聚四氟乙烯聚合物(PTFE)、乙烯-四氟乙烯聚合物(ETFE)、乙烯-丙烯共聚物(EPC)、聚(4-甲基-1-戊烯)、其他聚烯烃、其他含氟聚合物、聚芳醚醚酮聚合物(PEEK)、聚苯硫醚聚合物(PPS)、改性聚苯硫醚聚合物、聚醚酮聚合物(PEK)、马来酸酐改性的聚合物及其任何混合物。

导电聚合物护套68围绕第二聚合物材料层62设置，并且形成电缆18的导电外层44。导电聚合物护套68包括嵌入其中的导电材料，其增强了导电聚合物护套68的导电性。作为非限制性实例，嵌入导电聚合物护套68中的材料可包括导电炭黑、切碎或磨碎的碳纤维、切碎的金属纤维和/或导电纳米颗粒。在其他实施方案中，可将金属粉末掺杂到导电聚合物护套68中。金属粉末可包括但不限于诸如锌、铜、铁或任何合适的其他导电金属颗粒的材料。此外，应当注意，在一些实施方案中，导电聚合物护套68可包括以上列出的任何材料的组合。以上列出的材料在导电聚合物护套68内的掺杂浓度可在导电聚合物护套68的总体积的大约0.1％至30％之间。然而，在其他实施方案中，嵌入在导电聚合物护套68内的导电材料的浓度可大于导电聚合物护套68的总体积的30％。

在任何情况下，导电聚合物护套68可例如围绕外铠装电线强度构件56挤出。导电聚合物护套68可物理接触外铠装电线强度构件56，并且因此在它们之间建立电连接。这样，导电聚合物护套68可有利于通过电缆18的外表面46与套管17之间的接合点47将外铠装电线强度构件56接地。因此，导电聚合物护套68可基本上减少或消除外铠装电线强度构件56内不期望的电荷的累积。

现在转到图5，在某些实施方案中，可使用导电聚合物护套68代替第二聚合物材料层62。在这种情况下，外铠装电线强度构件56被嵌入导电聚合物护套68内，使得导电聚合物护套68可填充外铠装电线强度构件56之间的填隙空间。例如，导电聚合物护套68可在电缆18的组装期间被加热和熔化，使得外铠装电线强度构件56可被卷入导电聚合物护套68中。这样，导电聚合物护套68也可物理接触内铠装电线强度构件54。因此，内铠装电线强度构件54和外铠装电线强度构件56都可通过导电聚合物护套68接地到套管17和/或地质地层14。在又一实施方案中，导电聚合物护套68可在电缆18的外表面46与导体50的绝缘层52之间延伸，从而使得第一聚合物材料层60废弃。在这类情况下，导电聚合物护套68可填充内铠装电线强度构件54与外铠装电线强度构件56之间的任何填隙空间。

现在转到图6和图7，其示出电缆18的剖视图，其中导电外层44由导电线阵列70形成。电线阵列70可围绕第二聚合物材料层62服务(例如，螺旋地盘绕)，沿着第二聚合物材料层62的长度纵向延伸，或者以适用于围绕第二聚合物材料层62的任何方式围绕第二聚合物材料层62设置。电线阵列70的每根电线可包括扁钢或合金电线72，如图6所示，或者圆钢或合金电线74，如图6所示。另外地或以其他方式，电线阵列70的每根电线可包括拱顶石形状的电线或任何其他合适剖面的电线。在一些实施方案中，电线阵列70可包括以上列出的电线类型中的两种或更多种的组合。例如，电线阵列70可包括扁钢或合金电线72和圆钢或合金电线74两者的组合。电线阵列70的各个电线之间形成的填隙空间可被诸如橡胶、聚合物、环氧树脂等的密封材料76占据。因此，密封材料76使电线阵列70的外表面(或换句话讲，电缆18的外表面46)光滑，这可有利于沿着井筒16穿过电缆18。但是，重要的是要注意，密封材料76不在电线阵列70的径向最外表面之上延伸。换句话讲，电线阵列70的每根电线的外表面保持暴露，使得电线阵列70可在接合点47处物理接触套管17。

在一些实施方案中，电线阵列70可覆盖电缆18的外表面46的大约5％至90％。电线阵列70可物理地接触外铠装电线强度构件56的一根或多根铠装电线，并且因此在它们之间建立电连接。例如，在某些实施方案中，电线阵列70可在电缆18的制造过程中嵌入第二聚合物材料层62内，并且因此物理接触外铠装电线强度构件56。在其他实施方案中，外铠装电线强度构件56可径向地延伸超过第二聚合物材料层62，并且因此有利于与周向围绕其设置的电线阵列70进行导电接触。在任何情况下，电线阵列70可通过电线阵列70与套管17和/或地质地层14之间的接合点46将外铠装电线强度构件56接地。

应当注意，在一些实施方案中，电线阵列70可与以上论述的导电聚合物护套68结合使用。例如，如图8所示，内铠装电线强度构件54和外铠装电线强度构件56可被嵌入或部分地嵌入导电聚合物护套68内，并且因此在它们之间建立导电连接。电线阵列70可围绕导电聚合物护套68周向设置。因此，电线阵列70通过导电聚合物护套68与外铠装电线强度构件56和内铠装电线强度构件54导电地接合。在另外的实施方案中，电线阵列70可嵌入导电聚合物护套68内，并且向导电聚合物护套68提供附加支撑或保护。在这类实施方案中，导电聚合物护套68可填充电线阵列70的每根电线之间的填隙间隙，从而使电缆18的外表面46光滑。换句话讲，在这类实施方案中，可使用导电聚合物护套68代替密封材料76。

在一些实施方案中，电缆18可包括围绕电缆18的外表面46设置的多个同心电线阵列层。例如，图9、图10和图11分别示出具有围绕电线阵列70设置的另外的电线阵列80的图6、图7和图8。另外的电线阵列80可被配置为类似于上文论述的电线阵列70，并且诸如当电缆18穿过井筒16或者从滚筒22上退绕或卷绕在所述滚筒上时提供进一步保护以保护电缆18免受磨损和/或磨蚀。重要的是要注意，本领域的普通技术人员将理解，电缆18的外表面46不限于两个电线阵列(诸如电线阵列70和另外的电线阵列80)层。例如，电缆18可包括1、2、3、4、5、6或更多个电线阵列层，这些层形成电缆18的外表面46，从而形成导电外层44。

图12示出电缆18的剖视图，其中电缆18的导电外层44由金属带82(例如，金属网)形成。例如，在一些实施方案中，诸如密封材料76的密封材料设置在外铠装电线强度构件56和第二聚合物材料层62的填隙间隙之间。因此，密封材料76可提供金属带82可粘附到其上的光滑的圆周表面。重要的是要注意，外铠装电线强度构件56的接触垫片84保持未被密封材料76覆盖。接触垫片84可包括位于外铠装电线强度构件56中的每一者的相对于电缆18的中心的径向最外侧点附近的表面区域。金属带82围绕电缆18的外铠装电线强度构件56设置，使得在接触垫片84与金属带82之间建立导电连接。金属带82可围绕外铠装电线强度构件56服务(例如，螺旋地盘绕)，沿着外铠装电线强度构件56纵向延伸，或者以适合于围绕外铠装电线强度构件56的任何方式围绕外铠装电线强度构件56设置。

现在转到图13，在其他实施方案中，外铠装电线强度构件56可嵌入金属带82内。例如，金属带82可在电缆18的组装期间围绕外铠装电线强度构件56的每根电线分层地施加，并且因此将外铠装电线强度构件56中的每一者嵌入金属带82内。在这类实施方案中，金属带82可代替第二聚合物材料层62，使得金属带82可物理接触内铠装电线强度构件54。因此，金属带82可将内铠装电线强度构件54和外铠装电线强度构件56两者导电地联接到电缆18的外表面46。金属带82因此可在电缆18在井筒16内操作期间和/或在卷饶在滚筒22上或从所述滚筒上退绕时将内铠装电线强度构件54和外铠装电线强度构件56接地。

在某些情况下，金属带82可从电缆18的外表面46延伸到导体50的绝缘层52，并且因此使得第一聚合物材料层60废弃。例如，在这类情况下，在电缆18的组装期间，除了外铠装电线强度构件56的每根电线之外，金属带82也可围绕内铠装电线强度构件54的每根电线缠绕。更进一步地，金属带82可被加热到熔化，并且因此成为在内铠装电线强度构件54和外铠装电线强度构件56的填隙间隙之间延伸的连续的金属带层。

重要的是要注意，上面论述的电缆18的实施方案不需要沿着电缆18的整个长度包括导电外层44。例如，导电外层44可沿着电缆18的某些部分设置，而电缆18的其他部分包括常规的聚合物外护套。另外地或以其他方式，导电外层44的组成可沿着电缆18的长度改变。例如，电缆18的某些部分可包括导电聚合物护套68，而电缆18的其他部分包括电线阵列70、金属带82或它们的组合。

已通过举例示出了上文描述的具体实施方案，并且应理解，这些实施方案可能容许有各种修改和替代形式。所公开的实施方案适用于需要围绕电缆的外圆周设置的导电表面的任何电缆应用，诸如测井电缆、具有嵌入的强度构件的测井电缆、船用电缆或任何其他合适的电缆。应进一步理解，权利要求并不意图限于所公开的特定形式，而是意图覆盖落在本公开的精神和范围内的所有修改、等同物和替代方案。

Claims (6)

1.一种电缆，其包括：

电缆芯；

多个铠装电线强度构件，所述多个铠装电线强度构件围绕所述电缆芯；以及

围绕所述多个铠装电线强度构件设置的导电外层，其中所述导电外层物理接触所述多个铠装电线强度构件中的至少一个铠装电线强度构件。

2.如权利要求1所述的电缆，其中所述导电外层包括掺杂有导电材料的聚合物护套。

3.如权利要求2所述的电缆，其中所述多个铠装电线强度构件被嵌入所述聚合物护套内。

4.如权利要求2所述的电缆，其中所述导电材料的掺杂浓度小于30％。

5.如权利要求2所述的电缆，其中所述导电材料包括导电炭黑、金属纤维、金属粉末、导电纳米颗粒或它们的任何组合。

6.如权利要求5所述的电缆，其中所述金属粉末包括锌、铜或两者。

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