CN203456124U - 水下生产系统中心大孔径脐带缆 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种水下生产系统中心大孔径脐带缆，包括钢管单元和绝缘外护单元，钢管单元包括中心钢管单元和位于中心钢管单元外侧四周的若干个外侧钢管单元，在中心钢管单元、外侧钢管单元和绝缘外护单元之间设置有一个光缆单元、若干个电缆单元和若干个填充单元；绝缘外护单元由里到外依次包括包带层、内护套层、钢丝铠装层和外护套层。本实用新型集电力传输、数字信号和视频信号传输以及气体或液体输送等多功能于一体，为多单元复合结构，钢管为水下生产系统提供液压及化学药剂注入，电缆单元提供电力电源，光缆单元传递上部模块的控制信号及水下生产系统的数据，填充单元空隙充圆，铠装钢丝为加强单元，用于提高拉力或者增加重量，最外层为绝缘外护套，起保护作用，各功能和加强单元多为螺旋结构，使本实用新型具有较好的弯曲性能。

Description

水下生产系统中心大孔径脐带缆

技术领域：

    本实用新型涉及一种电缆，特别是涉及一种水下生产系统中心大孔径脐带缆。

背景技术：

水下生产系统脐带缆是电缆、光缆、液压或化学药剂管的组合，有点像婴儿从母体上汲取营养的那根脐带。它是海底油气勘采、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。由于脐带缆的设计既要兼顾电力、通信、液压等功能，又要满足复杂海况的要求，对其材料强度、柔韧性、抗腐蚀和抗渗透要求极高。

作为水下控制系统关键组成部分之一的水下生产系统脐带缆，是连接上部设施和水下生产系统之间的“神经和生命线”。脐带缆在海洋工程中的应用已有近50年的发展历史，并已成功地应用到了浅水、深水和超深水领域。我国对于脐带缆的研究起步较晚，在水下脐带缆的研究、设计及制造领域与国际先进水平存在较大差距。目前．我国流花1I-1、陆丰22-1、惠州32-5、惠州26-1N油田使用的脐带缆产品全部依赖进口，严重制约了我国深海油气田的开发。

目前，由于海洋石油开发的蓬勃发展，脐带缆常常供不应求，需要排订单到一两年内，价格也是节节攀升，石油公司需要付出大量外汇购买。因此，开展水下生产脐带缆系统关键技术研究，建立具有自主知识产权的关键技术体系，对于推进水下生产系统关键设备的国产化、降低深水油气田开发成本具有重要意义，将有效提升我国在深海油气开发装备方面的自主研发能力，对我国南海深水油气田的开发以及保障我国能源安全具有重要的战略意义。若掌握了该缆的研制生产平台，也就具有了该缆生产的主动权，为打破国外垄断、摆脱中国海洋石油开发对国外公司的依赖提供有力保障。

实用新型内容：

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种集电力传输、数字信号和视频信号传输以及气体或液体输送等多功能于一体的水下生产系统中心大孔径脐带缆。

本实用新型为解决技术问题所采取的技术方案是：

一种水下生产系统中心大孔径脐带缆，包括钢管单元和绝缘外护单元，所述钢管单元包括中心钢管单元和位于中心钢管单元外侧四周的若干个外侧钢管单元，在所述中心钢管单元、外侧钢管单元和绝缘外护单元之间设置有一个光缆单元、若干个电缆单元和若干个填充单元；所述绝缘外护单元由里到外依次包括包带层、内护套层、钢丝铠装层和外护套层。

所述中心钢管单元和外侧钢管单元均由不锈钢管和不锈钢管外侧的聚氨酯弹性体衬层组成。

所述光缆单元由里到外依次包括光纤钢管、光单元加强钢丝和光单元护套；所述光纤钢管包括光纤、油膏和钢管，所述光单元加强钢丝为镀锌钢丝，所述光单元护套为聚乙烯挤包护套。

所述填充单元由聚氨酯弹性体填充材料组成。

所述电缆单元由里到外依次包括铜导体、交联聚乙烯挤包绝缘层、聚脂薄膜包带层和聚乙烯挤包护套层。

所述包带层为高强度无纺布包带层。

所述内护套层为聚乙烯挤包内护套层。

所述钢丝铠装层由四层镀锌钢丝缠绕而成。

所述外护套层为聚乙烯挤包外护套层。

本实用新型的积极有益效果如下：

1、本实用新型集电力传输、数字信号和视频信号传输以及气体或液体输送等多功能于一体，为多单元复合结构，由钢管、电单元、光单元等功能单元组成，钢管为水下生产系统提供液压及化学药剂注入，电单元提供电力电源，光单元传递上部模块的控制信号及水下生产系统的数据；除了功能单元外，本实用新型还有填充单元空隙充圆，以及铠装钢丝或钢棒等加强单元，用于提高拉力或者增加重量，最外层为聚合物护套，起保护作用。各功能和加强单元多为螺旋结构，保证本实用新型具有较好的弯曲性能。

2、本实用新型的电缆单元由导体、绝缘、包带和护套等组成，外护套采用挤压式挤出，以使结构更稳定。为使导体柔软且不易断裂，导体采用多股铜丝绞合而成，电缆通电以后，导体要发热，比较理想的绝缘材料应有良好的绝缘性能和导热性能，因此，绝缘材料选用交联聚乙烯材料，保持优良的电气性能（与等截面的聚氯乙烯绝缘电缆相比，电缆的截流量可提高约25％。）交联聚乙烯绝缘电缆重量轻，直径小，耐热好，负载能力强，不熔化，耐化学腐蚀，且机械强度高，安装敷设方便，附件接头简单，是比较理想的绝缘材料。

3、本实用新型的光缆单元包括光纤、油膏、松套钢管、铠装和护套：

①由于静态缆的长度常常在10 km以上，因而光纤采用非色散位移单模光纤(G.652D)。油膏有以下几个作用：可以有效地阻止水份的进入，以防止光纤暴露于空气中受到损害；有较好的隔热作用，可以防止瞬间温度变化给光纤带来的损害；使光纤悬浮于钢管中，防止光纤受到钢管的损伤，且使光纤在任何时候保持稳定的位置和状态。但是油膏不能完全避免氢气的损害。光缆内的氢气可能来源于：从光缆构件中释放出来的氢，包括与材料长期老化作用有关的氢；填充油膏时泵入光缆中的压缩空气内含的氢；钢管在有潮气时的腐蚀作用产生的氢气；细菌引起的生物腐蚀等。因此，金属松套钢管内宜用吸氢油膏来有效降低氢损。

②根据GB/T 21412.5规定，光缆设计应提供防止光纤拉伸和断裂的机械防护，拉伸和断裂防护可采用外部铠装的方法。选用镀锌钢丝作为光缆单元铠装材料较为合适。在实际使用过程中为了光缆单元使用时不会退扭，采用双层镀锌钢丝反向绞合。

③光缆护套是光缆单元的主要组成部分，其质量的好坏，选用的适当与否，直接影响光缆的使用寿命。在深水下工作的脐带缆的护套需有优异的防腐性能以及耐海水能力。由于高密度聚乙烯(HDPE)具有优良的耐臭氧性、耐热老化性与热变形性、耐寒性、耐酸性与耐碱性，且吸水量<0.01％，因此HDPE非常适合作为光单元的护套材料。

4、本实用新型的钢管单元包括中心钢管单元和位于中心钢管单元外侧四周的若干个外侧钢管单元，中心钢管单元和外侧钢管单元均由不锈钢管和不锈钢管外侧的聚氨酯弹性体衬层组成。钢管单元的作用是为水流体和化学注入流体(防腐剂、水合物抑制剂、甲醇等)提供通道，同时也被用于排泄井口产出的液体。面对深水海水侵蚀、低温和外压的挑战，金属钢管由于其优良的抗压溃能力、抗海水侵蚀能力、优良的高低温力学性能、易加工性和易连接性，成为中等或更深的海水中应用的脐带缆管单元材料的理想选择。

5、本实用新型的绝缘外护单元从里到外依次包括包带层、内护套层、钢丝铠装层和外护套层，脐带缆外护层主要包括铠装层和护套层，铠装层由四层镀锌钢丝缠绕而成，铠装层主要起加强作用，给脐带缆提供抗拉、抗扭和抗压保护。护套层的作用是提供机械缓冲、减小摩擦，使缆圆整、结构稳定等。在深海下工作的脐带缆的护套需有很好的防腐性能以及耐海水能力等，采用高密度聚乙烯材料作为护套材料。

6、本实用新型的钢管衬层采用聚氨酯弹性体，填充采用聚氨酯弹性体填充。聚氨酯弹性体是介于橡胶和塑料之间的一种材料，在很宽的温度范围内-40～120℃，具有柔性，而不需要增塑剂；对油类（矿物油，动植物油脂和润滑油）和许多溶剂有良好的抵抗能力；还有良好的耐天候性，极优的耐高能射线性能。众所周知的耐磨性，抗撕裂性，屈扰强度都是优良的；拉伸强度高，伸长率大，长期压缩永久变形率低等都是显著优点。

附图说明：

图1为本实用新型的结构示意图。

具体实施方式：

下面结合附图对本实用新型作进一步的说明：

参见图1，一种水下生产系统中心大孔径脐带缆，包括钢管单元和绝缘外护单元，所述钢管单元包括中心钢管单元9和位于中心钢管单元9外侧四周的若干个外侧钢管单元1，在中心钢管单元9、外侧钢管单元1和绝缘外护单元之间设置有一个光缆单元2、若干个电缆单元4和若干个填充单元3；所述绝缘外护单元由里到外依次包括包带层5、内护套层6、钢丝铠装层7和外护套层8。所述中心钢管单元9和外侧钢管单元1均由不锈钢管和不锈钢管外侧的聚氨酯弹性体衬层组成。

所述光缆单元2由里到外依次包括光纤钢管、光单元加强钢丝和光单元护套；所述光纤钢管包括光纤、油膏和钢管，所述光单元加强钢丝为镀锌钢丝，所述光单元护套为聚乙烯挤包护套。所述电缆单元4由里到外依次包括铜导体、交联聚乙烯挤包绝缘层、聚脂薄膜包带层和聚乙烯挤包护套层。

所述填充单元3由聚氨酯弹性体填充材料组成，包带层5为高强度无纺布包带层，内护套层6为聚乙烯挤包内护套层，钢丝铠装层7由四层镀锌钢丝缠绕而成，外护套层8为聚乙烯挤包外护套层。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种水下生产系统中心大孔径脐带缆，包括钢管单元和绝缘外护单元，其特征在于：所述钢管单元包括中心钢管单元（9）和位于中心钢管单元（9）外侧四周的若干个外侧钢管单元（1），在所述中心钢管单元（9）、外侧钢管单元（1）和绝缘外护单元之间设置有一个光缆单元（2）、若干个电缆单元（4）和若干个填充单元（3）；所述绝缘外护单元由里到外依次包括包带层（5）、内护套层（6）、钢丝铠装层（7）和外护套层（8）。

2.根据权利要求1所述的水下生产系统中心大孔径脐带缆，其特征在于：所述中心钢管单元（9）和外侧钢管单元（1）均由不锈钢管和不锈钢管外侧的聚氨酯弹性体衬层组成。

3.根据权利要求1所述的水下生产系统中心大孔径脐带缆，其特征在于：所述光缆单元（2）由里到外依次包括光纤钢管、光单元加强钢丝和光单元护套；所述光纤钢管包括光纤、油膏和钢管，所述光单元加强钢丝为镀锌钢丝，所述光单元护套为聚乙烯挤包护套。

4.根据权利要求1所述的水下生产系统中心大孔径脐带缆，其特征在于：所述填充单元（3）由聚氨酯弹性体填充材料组成。

5.根据权利要求1所述的水下生产系统中心大孔径脐带缆，其特征在于：所述电缆单元（4）由里到外依次包括铜导体、交联聚乙烯挤包绝缘层、聚脂薄膜包带层和聚乙烯挤包护套层。

6.根据权利要求1所述的水下生产系统中心大孔径脐带缆，其特征在于：所述包带层（5）为高强度无纺布包带层。

7.根据权利要求1所述的水下生产系统中心大孔径脐带缆，其特征在于：所述内护套层（6）为聚乙烯挤包内护套层。

8.根据权利要求1所述的水下生产系统中心大孔径脐带缆，其特征在于：所述钢丝铠装层（7）由四层镀锌钢丝缠绕而成。

9.根据权利要求1所述的水下生产系统中心大孔径脐带缆，其特征在于：所述外护套层（8）为聚乙烯挤包外护套层。

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