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Elektrisches Bohrlochmeßkabel.
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Die Erfindung bezieht sich auf ein elektrisches Bohrlochmeßkabel mit
einer äußeren, eine hohe zugfestigkeit aufweisenden Stahldrahtumseilung. Solche
Kabel werden insbesondere für seismische Untersuchungen bzw. Aufschlußarbeiten verwandt,
wobei durchlaufende Kabellängen bis etwa 5.000 Meter oder mehr erforderlich sind.
Damit ergibt sich ein sehr hohes Eigengewicht des Kabels. Überdies müssen solche
Bohrlochmeßkabel noch das Gewicht einer am Ende angebrachten schweren Sonde tragen.
Schließlich soll die Zugfestigkeit so groß sein, daß das Kabel mit der Sonde auch
aus dem Bohrloch gezogen werden kann, wenn dieses sich durch den Gebirgsdruck oder
durch Erd-bzw. Gesteinseinbrüche verengt bzw. zugesetzt hat.
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An die Zugfestigkeit von Bohrlochmeßkabeln werden also außerordentlich
hohe Anforderungen gestellt. Weitere starke Beanspruchungen des Kabels ergeben sich
aus dem fallweise auf das Kabel einwirkenden Druck, der mehrere hundert Atmosphären
betragen kann. Außerdem wird eine hohe chemische Beständigkeit gefordert, da Tiefbohrungen
oftmals chemisch aggressive Stoffe enthalten. Ferner ergeben sich beachtliche Beanspruchungen
aus den beim bestimmungsgemäßen Gebrauch solcher Kabel auftretenden hohen Temperaturen.
Der geforderten Wärmefestigkeit versuchte man bisher durch die Verwendung von gummiartigen
Aderumhüllungen zu genügen. Solche Umhüllungen haben
sich jedoch
praktisch nicht bewährt. Dies kann insbesondere darauf zurückgeführt werden, daß
bei den bekannten Bohrlochmeßkabeln als Schutz über die gemeinsam verseilten Adern
eine Faserstoffschicht gebracht wurde, die auch als Polster wirken sollte, um die
von den Stahldrähten ausgeübten Drücke zu verteilen. Trotz der Imprägnierung solcher
Faserstoffumspinnungen sammelt sich hier beim Gebrauch des Kabels Feuchtigkeit an,
die nicht mehr ohne weiteres entweichen kann, da über ihr die Stahldrähte dicht
geseilt liegen.
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Diese Feuchtigkeit beeinträchtigt einerseits die isolierenden Eigenschaften
des die Adern umhüllenden Gummis und führt anderseits zu Korrosionsschäden an den
Stahldrähten der Umseilung. Die bekannten Bohrlochmeßkabel werden also schnell unbrauchbar,
da einerseits die Isolierwerte absinken und anderseits die ugfestigkeit aufgrund
von Korrosionsschäden an der Stahldrahtumseilung sich bald unzulässig verringert.
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Zum Anschluß von in Bohrlöchern angeordneten elektrischen Motoren
wie Tauchpumpenmotoren sind elektrische Kabel bekannt, bei denen die Adern in einen
nahtlosen Mantel aus Kunststoff gebettet sind, der eine offene mit kurzer Schlaglänge
aufgebrachte Bewehrung aus nicht federhartem Draht trägt. Hierbei treten die für
Bohrlochmeßkabel gültigen Forderungen großenteils nicht auf, denn an solche Kabel
werden weder in Bezug auf die Zugfestigkeit besondere Anforderungen gestellt noch
ist eine schädliche Ansammlung von Feuchtigkeit zu befürchten, da die Luft ungehindert
bis an den nahtlosen Mantel dringen kann.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Bohrlochmeßkabel der
eingangs umschriebenen Art zu schaffen, das gegenüber den vorbekannten
Ausführungen
dauerhafter und betriebssicherer ist. Dies wird erfindungsgemäß in der Erkenntnis,
daß im Aufbau des Kabels abgedeckt liegende Feuchtigkeitsspeicher vermieden werden
müssen, um die Dauerhaftigkeit zu verbessern, im wesentlichen dadurch erreicht,
daß die kunststoffisolierten Adern je eine überlappende, vorzugsweise mehrlagige
Folienumhüllung vorzugsweise aus Polyterephtalsäureester-Folie aufweisen und gemeinsam
in einen nahtlosen Kunststoffmantel, vorzugsweise aus einer wärmefesten Polyvinylchloridmischung
liegen, auf dem unmittelbar eine dicht geseilte Lage von Stahldrähten angeordnet
ist, über der wenigstens eine weitere dichte Stahldrahtumseilung mit entgegengesetzter
Schlagrichtung liegt. Hierbei sind der bisher zur Isolierung dienende Gummi und
der zum Umhüllen der Adern verwandte Faserstoff durch Kunststoffe ersetzt. Deren
erfolgreiche Anwendung wird trotz der beim Gebrauch des Kabels auftretenden hohen
Temperaturen entgegen den Erwartungen der Fachleute dadurch ermöglicht, daß die
Kunststoffisolierungen der Adern Folienumhüllungen tragen, die ein Wegfließen des
bei hohen Temperaturen erweichenden Kunststoffes verhindern. Da anderseits solche
Kunststoffe gegenüber chemischen Angriffen weitaus beständiger sind als vulkanisierbare
Gummiwerkstoffe, ergibt sich schon damit eine beachtliche Verbesserung der Dauerhaftigkeit
des Kabels. Der die Adern gemeinsam umhüllende nahtlose Mantel aus einer wärmefesten
Polyvinylchloridmischung o. dgl. hat ebenfalls hochwertige Isolationseigenschaften
und auch unter ungünstigen Betriebsbedingungen eine gegenüber Gummi beachtlich größere
Beständigkeit. Bei dem erfindungsgemäßen Bohrlochmeßkabel ist außerdem auf eine
zwischen die Adern und die Stahldrahtumseilung geschaltete Polsterschicht aus Faserwerkstoff
verzichtet.
Es hat sich gezeigt, daß hiermit Nachteile nicht verbunden sind, während anderseits
die Dauerhaftigkeit des Kabels erheblich verbessert wird, weil sich nunmehr Feuchtigkeitsansammlungen
im Innern des Kabelquerschnittes praktisch nicht mehr bilden können. Dabei kann
die Anordnung so gewählt werden, daß die Stahldrähte der Umseilung sich in den die
Adern gemeinsam umhüllenden Kunststoffmantel eindrücken, so daß auch Lufträume weitestgehend
vermieden werden.
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Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung empfiehlt es sich, über
der inneren Stahldrahtumseilung eine Folienumspinnung überlappend anzuordnen. Hierfür
eignet sich insbesondere Polyvinylchlorid-Folie von vorzugsweise etwa 0, 1 mm Dicke.
Diese Folienumhüllung verformt sich beim Aufbringen der abdeckenden Stahldrahtumseilung
derart, daß sie in die Zwickelräume von benachbarten Stahldrähten eindringt und
eine zuverlässige Abdichtung erbringt.
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Die Stahldrahtumhüllungen werden, um Drehverformungen des Meßkabels
auszuschließen, gegensinnig ausgeführt. Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, eine
Schlaglänge von etwa dem Zehnfachen des Verseilkreisdurchmessers anzuwenden, um
besonders günstige Festigkeitseigenschaften zu erhalten.
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Auf der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand in einem Ausführungbeispiel
dargestellt. Die Figur zeigt ein stufenweise abgemanteltes Bohrlochmeßkabel.
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Dem Ausführungsbeispiel liegt eine mehradrige Ausführung zugrunde.
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Es wäre jedoch möglich, sinngemäß das Kabel mit nur einer leitenden
Ader auszurüsten. Die Adern 5 tragen nahtlose Kunststoffmäntel aus einer wärmefesten
Polyvinylchloridmischung. Statt dessen könnten auch Kunststoffe auf der Basis von
Polytrifluorchloräthylen bzw. Polytetrafluoräthylen verwandt werden. Darüber sind
vorzugsweise mehrlagig sich überlappende Polyterephtalsäureester-Folien 6 gesponnen.
Diese haben eine hohe Wärmefestigkeit und verhindern Schäden an den Aderisolierungen
auch dann, wenn die die Adern umhüllenden Mäntel aufgrund hoher Betriebstemperaturen
verhältnismäßig weich werden sollten. Die miteinander verseilten Adern 5,6 liegen
in einem nahtlosen Mantel 7 aus einer wärmefesten Polyvinylchloridmischung, der
auch die Zwickelräume ausfüllt, so daß im Kabel praktisch keine Lufträume verbleiben.
Unmittelbar über den Mantel 7 ist eine innere Lage 8 von stark verzinkten Stahldrähten
mit hohen Zugfestigkeiten, beispielsweise
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| 200-250 kg/mm2 dicht geseilt. Die Schlaglänge entspricht etwa |
dem Zehnfachen des Verseilkreisdurchmessers. Über die Stahldrahtlage 8 ist eine
Kunststoffolie 9 überlappend gewickelt. Hierfür haben sich Polyvinylchlorid-Folien
von etwa 0,1 mm Dicke als geeignet erwiesen. Darüber liegt mit in Bezug auf die
Stahldrahtlage 8 entgegengesetzter Schlagrichtung eine weitere dichte Stahldrahtumseilung
10. Auch diese Stahldrähte sind stark verzinkt und haben hohe zugfestigkeiten. Die
Folienschicht 9 wird beim Aufbringen der Umseilung 10 bereichsweise derart verformt,
daß der Kunststoff in die Zwickelräume der Stahldrähte dringt und eine zuverlässige
Abdichtung herbeiführt.
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Das erfindungsgemäße Bohrloohmeßkabel widersteht trotz der Anwendung
von Kunststoff als Isolierwerkstoff hohen Temperaturen
und Drücken,
da die Folienumhüllung 6 der Adern ein Wegfließen der nahtlosen Aderisolationen
mit Sicherheit verhindert. Der Kunststoffmantel 7 ergibt einen dauerhaften Schutz
der Adern und läßt es zu, daß die die Stahldrahtlage 8 bildenden Drähte sich teilweise
in ihn eindrücken, so daß Lufträume nicht entstehen können und demgemäß auch Feuchtigkeitsansammlungen
ausgeschlossen sind. In gleichem Sinne wirkt die Folienumhüllung 9, die einen weiteren
Schutz erbringt.
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Die dargestellte Ausführung ist, wie schon erwähnt wurde, nur eine
beispielsweise Verwirklichung der Erfindung. Diese ist nicht darauf beschränkt.
Es sind vielmehr noch mancherlei andere Ausführungen möglich. Beispielsweise könnten
mehr als zwei dichte Stahldrahtumseilungen übereinanderliegend angeordnet sein,
wobei es empfehlenswert ist, zwischen die Lagen jeweils Kunststoffolien zu bringen,
die sich teilweise verformen und die Zwickelräume benachbarter Drähte füllen. Die
verzinkten Stahldrähte können bedarfsweise durch insgesamt rostfreie Drähte mit
hohen ugfestigkeiten ersetzt werden.