CN203746474U - 一种深水动态海底电缆束 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种深水动态海底电缆束。它包括若干电力电缆单元、电缆空隙填充材料和动态压载单元，所述电缆空隙填充材料和所述动态压载单元的横截面均为圆形，所述电力电缆单元、所述电缆空隙填充材料和所述动态压载单元绞合成缆；所述电缆空隙填充材料和所述动态压载单元均均匀布置于所述电力电缆单元之间的空隙；所述绞合成缆得到的绳缆外依次包覆有内垫层、螺旋金属铠装层和外护层。本实用新型将多根电缆集束到一根深水海底动态电缆中，不仅能够实现同时为多个水下增压泵和电潜泵等用电设备供电，还大大减少了深水油气田开发过程中海底电缆的数量和敷设成本，且通用性强，能够应用到不同深水油气田开发中。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种深水动态海底电缆束，属于海洋工程技术领域。
背景技术
深水油气开发正在成为我国海洋石油工业的主要增长点和科技创新的前沿。水下生产系统作为深水油气田的一种重要开发模式，是一种海洋石油天然气资源开发的新技术。在水下生产系统中，一般采用水下增压泵或采油电潜泵增压采油。而在一个油气田中往往有多个水下井口进行采油作业。由于每口生产井的地质油藏参数不一样，每口井的采油电潜泵或水下增压泵的参数不同，对供电电源的要求也不同，往往采用“一对一”变频控制电潜泵或水下增压泵，每个电潜泵或增压泵都需要有一根电缆供电，这就要求有多根海底电缆向不同水下井口采油树电潜泵或增压泵供电。海缆的数目越多，海缆敷设路由所占用的海域面积越大，海底电缆的敷设施工时间越长。由于海缆（特别是深水海底电缆）的海上施工成本非常高，海底电缆越多，施工成本就越高，油气田开发成本就越高。如果能够将多根电缆集束到一根海底电缆中，能减少油气田开发过程中海底电缆的数量和敷设成本。
深水油气田的开发，往往采用浮式生产平台或浮式生产储油轮（FPSO）加水下生产系统的模式，需要通过海底电缆将电力从浮式生产设施上输送到水下生产系统中。这就要求海底电缆能够适应浮式生产设施的动态特性及深水海洋波浪、流等环境条件，需要采用动态海底电缆。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种深水动态海底电缆束，本实用新型中多个电缆单元通过合理布置构成电缆束，实现通过一根海底电缆束同时为水下多个增压泵和电潜泵供电的目的，大大降低了海底电缆的敷设施工成本。同时利用动态压载单元和二层或多层螺旋金属铠装，使海底电缆适应浮式生产设施的动态特性及深水海洋环境条件。
本实用新型所提供的一种深水动态海底电缆束，包括若干电力电缆单元、电缆空隙填充材料和动态压载单元，所述电缆空隙填充材料和所述动态压载单元的横截面均为圆形，所述电力电缆单元、所述电缆空隙填充材料和所述动态压载单元绞合成缆；所述电缆空隙填充材料和所述动态压载单元均均匀布置于所述电力电缆单元之间的空隙；
所述绞合成缆得到的绳缆外依次包覆有内垫层、螺旋金属铠装层和外护层。
上述的海底电缆束中，所述电力电缆单元为单芯电力电缆单元或三芯电力电缆单元。
上述的海底电缆束中，所述深水动态海底电缆束包括所述单芯电力电缆单元的数量为3n，其中n为≥2的自然数，如为6、9、12、15或18，即形成6芯、9芯、12芯、15芯或18芯的电缆束。
上述的海底电缆束中，所述深水动态海底电缆束包括所述三芯电力电缆单元的数量不小于3。
上述的海底电缆束中，所述深水动态海底电缆束包括所述三芯电力电缆单元的数量可为3～6之间的自然数，具体为3、4、5、或6，即形成9芯、12芯、15芯或18芯的电缆束。
上述的海底电缆束中，所述电力电缆单元、所述电缆空隙填充材料和所述动态压载单元以同心圆旋转的方式进行绞合成缆。
上述的海底电缆束中，所述深水动态海底电缆束包括至少2层所述螺旋金属铠装层，具体所需层数更具深水动态海底电缆束所应用的海域确定；所述螺旋金属铠装层由多个金属圆单线螺旋缠绕于所述内垫层外围，金属圆单线一般为镀锌低碳钢，也可以为不锈钢、铜等具有一定机械强度和质量并且耐腐蚀的金属；相邻所述螺旋金属铠装层的螺旋方向相反。
上述的海底电缆束中，所述电缆空隙填充材料由柔性聚合物制成，如聚丙烯，具有耐海水腐蚀性能；
所述动态压载单元由金属钢制成，如塑料模具钢GSW2083，所述动态压载单元能够确保整条动态海底电缆束具有一定的质量，使其在深水中受到适当的重力，当受到深水海洋环境条件的影响而运动时，运动幅度保持在一定范围内，进而保持一定的疲劳寿命。
上述的海底电缆束中，所述内垫层由聚乙烯、聚氯乙烯、聚酰胺或聚氨酯制成，用于保护成束的电缆及所述电缆空隙填充材料，使其免受腐蚀和磨损；
所述外护层由聚乙烯制成，其为深水海底动态电缆束提供整洁美观的外表面同时，阻止海水进入所述螺旋金属铠装层，为所述螺旋金属铠装层提供了相对干燥的环境，避免其直接暴露在海水中。所述外护层还具有一定的摩擦系数，使其在安装过程中为敷设船上的牵引装置提供适当的夹紧力和牵引力。
本实用新型“深水动态海底电缆束”悬挂在浮式平台或其他浮式设施上，海底电缆束悬浮在海水中，因其受到波浪、潮流等作用，一直处于幅值不一运动状态（DYNAMIC），是相对与静止（STATIC）的一种状态），因此为一种“动态”电缆束。
本实用新型深水动态海底电缆束具有如下有益效果：
本实用新型将多根电缆集束到一根深水海底动态电缆中，不仅能够实现同时为多个水下增压泵和电潜泵等用电设备供电，还大大减少了深水油气田开发过程中海底电缆的数量和敷设成本，且通用性强，能够应用到不同深水油气田开发中。通过配置合适的两层或多层螺旋铠装及动态压载单元，使本实用新型能够适应深水海洋环境条件的动态特性，达到一定的疲劳寿命。
附图说明
图1为单芯电力电缆单元的结构示意图，是组成深水动态电缆束的主要元件。
图2为6芯深水动态海底电缆束的结构示意图，可供两台水下增压泵或电潜泵等用电设备供电。
图3为三芯电力电缆单元的结构示意图，是组成深水动态电缆束的主要元件。
图4为9芯深水动态海底电缆束的结构示意图，可供三台水下增压泵或电潜泵等用电设备供电。
图5为12深水芯动态海底电缆束的结构示意图，可供四台水下增压泵或电潜泵等用电设备供电。
图6为15芯深水动态海底电缆束的结构示意图，可供五台水下增压泵或电潜泵等用电设备供电。
图7为18芯深水动态海底电缆束的结构示意图，可供六台水下增压泵或电潜泵等用电设备供电。
图中各标记如下：
1导体、2导体屏蔽层、3绝缘层、4绝缘屏蔽层、5金属屏蔽层、6金属阻水护套、7保护层、8单芯电力电缆单元、9电缆空隙填充材料、10动态压载单元、11内垫层、12螺旋金属铠装层、13外护层、14三芯电力电缆单元。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型做进一步说明，但本实用新型并不局限于以下实施例。
如图1所示，为单芯电力电缆单元的结构示意图，其包括导体1、导体屏蔽层2、绝缘层3、绝缘屏蔽层4、金属屏蔽层5、金属阻水护套6和保护层7等。导体1由实心铜单线绞合而成。在导体1外挤包有导体屏蔽层2，为半导电材料。导体屏蔽层2外挤包有绝缘层3，绝缘层3可以是交联聚乙烯、聚乙烯或乙丙橡胶。绝缘层3外挤包绝缘屏蔽层4，绝缘屏蔽层4为半导电材料。导体屏蔽层2、绝缘层3和绝缘屏蔽层4采用三层共挤，三层结构持续同步挤出。在绝缘屏蔽层4外缠绕金属屏蔽层5，用于抵抗外部电磁干扰，同时防止导体对外辐射电磁干扰。金属屏蔽层5外部为一层金属阻水护套6，用于阻止水分入侵，可以为铅护套，也可以是铜护套，或者其他金属或合金材料。当金属阻水护套6采用导电的金属材料，例如采用铜护套，则可以省去金属屏蔽层5。金属阻水护套外为挤出聚合物保护层7，聚合物可以是聚氯乙烯、聚酰胺和聚氨酯。
如图2所示，为6芯深水动态海底电缆束，其包括单芯电力电缆单元8、电缆空隙填充材料9、动态压载单元10、内垫层11、螺旋金属铠装层12和外护层13。6根单芯电力电缆单元8、多根大小不一的电缆空隙填充材料9、多个动态压载单元10共同绞合成缆。单芯电力电缆单元8、电缆空隙填充材料9、动态压载单元10均按同心圆旋转均匀分布。成缆的外部有挤出聚乙烯内垫层11，用于保护成束的电缆及电缆空隙填充材料9，使其免受腐蚀和磨损。内垫层11外是二层螺旋金属铠装层12，相邻两层的金属铠装螺旋方向相反，金属铠装单线沿电缆旋转一周前进的距离为铠装层下电缆束直径的10～30倍（以25倍为例，如成缆的直径为100mm，则在2500mm长的电缆上铠装层恰好旋转一周），螺旋金属铠装层12的外部为聚乙烯挤出外护层13。
如图3所示，为三芯电力电缆单元的结构示意图，其包括3个单芯电力电缆单元8、多根大小不一的电缆空隙填充材料9和外护层13。3个单芯电力电缆单元8、多根大小不一的电缆空隙填充材料9共同绞合成缆。单芯电力电缆单元8和电缆空隙填充材料9均按同心圆旋转均匀分布。成缆的外部有挤出聚乙烯电力电缆外护层13，用于保护成缆的单芯电力电缆及电缆空隙填充材料，使其免受腐蚀和磨损。
如图4所示，为9芯深水动态海底电缆束，其包括3个三芯电力电缆单元14、电缆空隙填充材料9、动态压载单元10、内垫层11、螺旋金属铠装层12和外护层13。3根三芯电力电缆单元14、多根大小不一的电缆空隙填充材料9、多个动态压载单元10共同绞合成缆。三芯电力电缆单元14、电缆空隙填充材料9和动态压载单元10均按同心圆旋转均匀分布。成缆的外部有挤出聚乙烯内垫层11，用于保护成束的电缆及电缆空隙填充材料，使其免受腐蚀和磨损。内垫层外是二层螺旋金属铠装层12，相邻两层的金属铠装螺旋方向相反，金属铠装单线沿电缆旋转一周前进的距离为铠装层下电缆束直径的10～30倍。多层螺旋金属铠装层12的外部为聚乙烯挤出外护层13。
如图5所示，为12芯深水动态海底电缆束，其包括4个三芯电力电缆单元14、电缆空隙填充材料9、动态压载单元10、内垫层11、螺旋金属铠装层12和外护层13。4根三芯电力电缆单元14、多根大小不一的电缆空隙填充材料9、多个动态压载单元10共同绞合成缆。三芯电力电缆单元14、电缆空隙填充材料9和动态压载单元10均按同心圆旋转均匀分布。成缆的外部有挤出聚乙烯内垫层11，用于保护成束的电缆及电缆空隙填充材料，使其免受腐蚀和磨损。内垫层外是二层层螺旋金属铠装层12，相邻两层的金属铠装螺旋方向相反，金属铠装单线沿电缆旋转一周前进的距离为铠装层下电缆束直径的10～30倍。多层螺旋金属铠装层12的外部为聚乙烯挤出外护层13。
如图6所示，为15芯深水动态海底电缆束，其包括5个三芯电力电缆单元14、电缆空隙填充材料9、动态压载单元10、内垫层11、螺旋金属铠装层12和外护层13。5根三芯电力电缆单元14、多根大小不一的电缆空隙填充材料9、多个动态压载单元10共同绞合成缆。三芯电力电缆单元14、电缆空隙填充材料9和动态压载单元10均按同心圆旋转均匀分布。成缆的外部有挤出聚乙烯内垫层11，用于保护成束的电缆及电缆空隙填充材料，使其免受腐蚀和磨损。内垫层外是二层螺旋金属铠装层12，相邻两层的金属铠装螺旋方向相反，金属铠装单线沿电缆旋转一周前进的距离为铠装层下电缆束直径的10～30倍。多层螺旋金属铠装层12的外部为聚乙烯挤出外护层13。
如图7所示，为18芯深水动态海底电缆束，其包括6个三芯电力电缆单元14、电缆空隙填充材料9、动态压载单元10、内垫层11、螺旋金属铠装层12和外护层13。6根三芯电力电缆单元14、多根大小不一的电缆空隙填充材料9、多个动态压载单元10共同绞合成缆。三芯电力电缆单元14、电缆空隙填充材料9和动态压载单元10均按同心圆旋转均匀分布。成缆的外部有挤出聚乙烯内垫层11，用于保护成束的电缆及电缆空隙填充材料，使其免受腐蚀和磨损。内垫层外是二层螺旋金属铠装层12，相邻两层的金属铠装螺旋方向相反，金属铠装单线沿电缆旋转一周前进的距离为铠装层下电缆束直径的10～30倍。多层螺旋金属铠装层12的外部为聚乙烯挤出外护层13。
本实用新型的深水动态海底电缆束中，螺旋金属铠装层12的层数具体所需层数更具深水动态海底电缆束所应用的海域确定；金属圆单线（金属铠装单线）一般为镀锌低碳钢，也可以为不锈钢、铜等具有一定机械强度和质量并且耐腐蚀的金属。
本实用新型的深水动态海底电缆束中，内垫层11还可由聚氯乙烯、聚酰胺或聚氨酯等材质制成，用于保护成束的电缆及所述电缆空隙填充材料，使其免受腐蚀和磨损。
本实用新型的深水动态海底电缆束中，电缆空隙填充材料9由柔性聚合物制成，如聚丙烯，具有耐海水腐蚀性能。
本实用新型的深水动态海底电缆束中，动态压载单元10由金属钢制成，如塑料模具钢GSW2083，能够确保整条动态海底电缆束具有一定的质量，使其在深水中受到适当的重力，当受到深水海洋环境条件的影响而运动时，运动幅度保持在一定范围内，进而保持一定的疲劳寿命。
本实用新型并不限定于上述的实施方式，在不脱离本实用新型的宗旨的范围内可进行各种变更。
例如，深水动态海底电缆束中，除了包括电力电缆，还可以包括光缆。电缆空隙的填充不仅可以利用圆形材料绞合，也可以是通过挤入聚合物填充材料形成不规则形状，挤入的聚合物填充材料保持基本的旋转对称即可。电缆束的导体除了铜，也可以是铝或其他导电材料。
另外，在上述实施方式中，说明将深水动态海底电缆束向水下增压泵或采油电潜泵等用电设备进行供电，但本实用新型的用途并不限定于此，也可以是为其他深水油气开发的用电设备供电。
Claims (7)
1.一种深水动态海底电缆束，其特征在于：它包括若干电力电缆单元、电缆空隙填充材料和动态压载单元，所述电缆空隙填充材料和所述动态压载单元的横截面均为圆形，所述电力电缆单元、所述电缆空隙填充材料和所述动态压载单元绞合成缆；所述电缆空隙填充材料和所述动态压载单元均均匀布置于所述电力电缆单元之间的空隙；
所述绞合成缆得到的绳缆外依次包覆有内垫层、螺旋金属铠装层和外护层。
2.根据权利要求1所述的海底电缆束，其特征在于：所述电力电缆单元为单芯电力电缆单元或三芯电力电缆单元。
3.根据权利要求2所述的海底电缆束，其特征在于：所述深水动态海底电缆束包括所述单芯电力电缆单元的数量为3n，其中n为≥2的自然数。
4.根据权利要求2所述的海底电缆束，其特征在于：所述深水动态海底电缆束包括所述三芯电力电缆单元的数量不小于3。
5.根据权利要求4所述的海底电缆束，其特征在于：所述深水动态海底电缆束包括所述三芯电力电缆单元的数量为3～6之间的自然数。
6.根据权利要求5所述的海底电缆束，其特征在于：所述电力电缆单元、所述电缆空隙填充材料和所述动态压载单元以同心圆旋转的方式进行绞合成缆。
7.根据权利要求6所述的海底电缆束，其特征在于：所述深水动态海底电缆束包括至少2层所述螺旋金属铠装层，相邻所述螺旋金属铠装层的螺旋方向相反。
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Address after: 100010 Beijing, Chaoyangmen, North Street, No. 25, No. Co-patentee after: CNOOC RESEARCH INSTITUTE Co.,Ltd. Patentee after: CHINA NATIONAL OFFSHORE OIL Corp. Address before: 100010 Beijing, Chaoyangmen, North Street, No. 25, No. Co-patentee before: CNOOC Research Institute Patentee before: CHINA NATIONAL OFFSHORE OIL Corp. |
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| CX01 | Expiry of patent term | ||
| CX01 | Expiry of patent term |
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