DE2733701B2

DE2733701B2 - Elektrische Kabel

Info

Publication number: DE2733701B2
Application number: DE2733701A
Authority: DE
Inventors: Clinton Argolas Tulsa Okla. Boyd; Robert Vincent Darien Ill. Wargin
Original assignee: Borg Warner Corp
Current assignee: Centrilift Hughes Inc
Priority date: 1976-08-24
Filing date: 1977-07-26
Publication date: 1979-10-04
Also published as: NL7707197A; DE2733701A1; DE2733701C3; CA1078938A; US4088830A

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Kabel gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein derartiges Kabel ist in der DE-OS 24 56 330 beschrieben.

Aus der US-PS 34 85 939 ist ferner ein mehradriges elektrisches Kabel bekannt, bei welchem die isolierten Leiter in einen stranggepreßten Mantel aus Nitrilgummi oder einem gleichwertigen Elastomer eingebettet sind. Dieser Mantel ist seinerseits von einer äußeren Bewehrung aus einem endlosen, gewickelten Band aus einem nichtmetallischen Werkstoff umschlossen. Diese äußere Bewehrung kann jedoch keine hermetische Abdichtung des Kabelinneren gegen die Quellenströmungsmittel sicherstellen, hierzu ist vielmehr der Mantel aus elastomerem Material vorgesehen. Über sehr kleine Löcher oder andere Schadstellen des Mantels können insbesondere bei hohem Außendruck Gase, insbesondere Kohlenwasserstoffe mit niedrigem Molekulargewicht eindringen und sich im Kabelinneren ansammeln. Diese Gasansammlungen können zur Rißbildung im Mantel und zu einem Platzen des Mantels führen, z. B. dann, wenn der äußere Druck auf das Kabel w wegfällt, wenn letzteres aus dem Bohrloch herausbewegt wird. Der hohe Innendruck im Kabel bewirkt dann ein Aufblähen der Isolierung und des Mantels, die dann beide platzen. Zugleich wird die Metallbewehrung zerrissen, so daß das Kabel nicht mehr brauchbar ist. Ein « weiterer Nachteil dieser bekannten Kabel ist der, daß die Metallbewehrung schnell korrodiert, wenn das Kabel in Quellen mit sauren und aggressiven Quellenströmungsmitteln verwendet wird.

In der USPS 37 10 009 ist schon vorgeschlagen«) worden, eine äußere Bewehrung aus wasserdichtem, hochtemperaturfestem Olefinmaterial durch Strangpressen aufzubringen. Diese äußere Bewehrung bietet zwar ein weiteres mechanisches Hindernis für das Eindringen der Quellenströmungsmittel und einen M besseren Korrosionsschutz, Kohlenwasserstoffe niederen Molekulargewichtes können aber auch bei einem solchen Kabel ins Kabelinnere eindringen, entweder durch Diffusion oder durch Eindringen über Schadstellen des Mantels. Man erhält also auch bei diesen Kabeln die schon oben geschilderten Nachteile des Platzens unter dem hohen Innendruck der Gasansammlungen, wenn der außen auf das Kabel einwirkende Druck schnell vermindert wird.

In der US-PS 38 35 929 wird vorgeschlagen, das ummantelte Kabel in ein durchlaufendes Metallrohr einzuschließen, das am unteren Ende abgedichtet ist und sich bis zur Erdoberfläche erstreckt. Derartige Anordnungen sind jedoch vor Ort nur schwierig einzusetzen und erfordern Kabel mit einer so hohen Zugfestigkeit, daß sie über die gesamte Länge des Bohrschachtes frei hängend angeordnet werden können. Außerdem können bei derartigen Anordnungen wiederum unter hohem Druck stehende Kohlenwasserstoffe mit niederem Molekulargewicht durch schadhafte Dichtungen am unteren Ende der Anordnung in das Metallrohr eindringen, was wiederum zu Schwierigkeiten beim Herausziehen des Kabels führen würde.

Durch die vorliegende Erfindung soll ein Kabel gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 weitergebildet werden, daß die Gefahr der Bildung von Gasansammlungen im Kabelinneren und die darauf zurückzuführende Gefahr eines Aufblähens und Platzens des Kabels bei rascher Verminderung des Außendruckes verhindert ist.

Diese Aufgabe ist durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst.

Bei aem erfindungsgemäßen Kabel schützt die einen Leiter umgebende Isolierschicht aus öl- und solefestem Isolierstoff den eingebetteten elektrischen Leiter. Da das als Isolierstoff verwendete Gemisch aus EPDM (Äthylen, Propylen, Diolefin, Monomer, Terpolymer) eine gewisse Porosität aufweist, kann es unter hohem Druck stehende Kohlenwasserstoffe mit niedrigem Molekulargewicht, wie sie in gashaltigen Ölquellen vorkommen, z. B. Methan und Äthan rasch absorbieren und bei Verminderung des Außendruckes auch wieder rasch desorbieren. Wenn kleinere Mengen eines Kohlenwasserstoffes mit niedrigem Molekulargewicht die Isolierschicht durchdringen und möglicherweise bis zur Leiteroberfläche vordringen, so hindert die geflochtene Schicht des erfindungsgemäßen Kabels die Isolierschicht am Aufquellen und Zerreißen unter dem hohen Innendruck bei Verminderung des Außendrukkes, so daß etwaige Gasansammlungen ohne Bildung von Rissen und Schadstellen in der Isolierschicht wieder durch den Isolierstoff desorbiert werden.

Da die äußere Bewehrung einen freien Durchfluß der Quellenströmungsmittel zuläßt, kann sich auch innerhalb der äußeren Bewehrung kein Druck aufbauen. Die Bewehrung bietet aber trotzdem mechanischen Schutz gegen Abrieb und Verschleiß; sie widersteht auch besonders aggressiven Strömungsmitteln.

Bei dem erfindungsgemäßen Kabel ist somit stets ein rascher Druckausgleich zwischen dem Inneren und Äußeren möglich. Zum einen über die entsprechend ausgebildete äußere Bewehrung, zum anderen über die verhältnismäßig dünnen Isolierschichten, welche niederes Molekulargewicht aufweisende Quellenströmungsmittel rasch absorbieren und rasch desorbieren. Falls geringe Mengen eines Quellenströmungsmittels mit niederem Molekulargewicht die dünne Isolierschicht durchdringen, und in Hohlräume eines verseilten Leiters eindringen können, verhindert die die Isolierschicht jeweils umgebende zugeordnete geflochtene Schicht aufgrund ihrer mechanischen Festigkeit ein Aufblähen und Platzen der Isolierschicht, während das Quellen-

strömungsmittel mit niederem Molekulargewicht durch Desorption rasch wieder über die Isolierschicht abgegeben wird.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.

Nachstehend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigt

Fig. 1 eine seitliche Ansicht eines mehradrigen Kabels, in der einige Teile weggebrochen sind, um weiter innerJiegende Teile des Kabels zeigen zu können,

F i g. 2 einen transversalen Schnitt durch das in F i g. 1 gezeigte Kabel längs der Linie 2-2.

Das in der Zeichnung dargestellte mehradrige Kabel zum Einsatz in stark korrodierenden gashaltigen Ölquellen weist eine Mehrzahl von Adern 11 auf. Eine jede der Adern 11 besteht aus einem innenliegenden verseilten Leiter 15, einer diesen umgebenden Isolierschicht 12 sowie einer die letztere umhüllenden geflochtenen Schicht 13. Die verschiedenen Adern 11 sind in einer äußeren Bewehrung 14 zusammengehalten und von dieser umgeben.

Die einzelnen Drähte oder Litzen der verseilten Leiter 15 können verzinkt sein, um eine chemische Wechselwirkung zwischen dem Leiter und dem Material der Isolierschicht 11 klein zu halten.

Die äußere Bewehrung 14 ist mit Durchbrechungen 18 versehen, welche in einem quadratischen Raster angeordnet sind und eine freie Verbindung zw^:sehen der Außenseite der Bewehrung 14 und deren Innenseite herstellen. Es versteht sich, daß die Durchbrechungen 18 auch in anderer Geometrie oder statistisch verteilt vorgesehen werden können.

Die Isolierschichten 12 bestehen aus einem EPDM-Gemisch der nachstehenden Zusammensetzung:

Bestandteil	Gewichisteiie
EPDM mit Naphtenöl, 2 : 1	105
flüssiges Polybutadien	30
Zinkoxid	5
Stearinsäure	1
Dihydrochinolh	1
Titandioxid	10
Lehm	100
Trimethylolpropan
Trimethacrylat	2
Peroxid	11

10

15

JO

Ein derartiger Isolierstoff ist öl- und solefest und quillt >o in einer Kohlenwasserstoffatmosphäre nur wenig auf und wird auch in einer solchen nur wenig erweicht. Auch seine mechanischen und elektrischen Eigenschaften werden durch die niedriges Molekulargewicht aufweisenden Quellenströmungsmittel nur unwesentlich beein- γ, flußt. Eine ganz wichtige Eigenschaft des oben angegebenen Isolierstoffes ist die, daß er unter Druck stehende gasförmige Kohlenwasserstoffe niedrigen Molekulargewichtes absorbiert und schnell wieder desorbiert, wenn der Außendruck vermindert wird. Für wi Wasserstoffgas weist der oben angegebene Isolierstoff eine gute Permeabilität auf.

Im Hinblick auf ein rasches Wiederfreigeben absorbierter Quellenströmungsmittel niedrigen Molekulargewichtes aus dem Inneren der Isolierschicht wird i.~> die Dicke der letzteren klein gehalten. Vorzugsweise liegt die Dicke der Isolierschicht 12 im Bereich /wischen 0.5 und 3.8 mm. insbesondere zwischen 1,78 und 2,5 mm.

Um eine zusätzliche elektrische Isolierung für extreme Temperaturbedingungen zu erhalten, kann die Innenseite oder die Außenseite der Isolierschicht noch eine dünne Lage aus einem hochiemperaturfesten Polymer auf Fluorkohlenstoffbasi? tragen. Vorzugsweise wird diese Lage in Form eines überlappend gewickelten Bandes aus Fluorkohlenstoffpolymer vorgesehen.

Die geflochtene Schicht 13 wird urr. die isolierten Leiter herumgewickelt. Sie besteht aus gegen die Einflüsse der Quellenströmungsmittel resistenten, hochtemperaturfesten Polyamid-, Polyester- Glas- oder Fluorkohlenstoffpolymer-Fasern. Verfahren zum Aufbringen der geflochtenen Schicht auf die isolierten Leiter sind dem Fachmann bekannt Die geflochtene Schicht muß dicht auf die Isolierschicht aufgebracht werden und gute Zugfestigkeit aufweisen, damit sie die Isolierschicht so umfaßt, daß sie sie am Aufblähen und am Reißen hindert, wenn sie unter hohem Innendruck steht. Eine zusätzliche Erhöhung der mechanischen Festigkeit der geflochtenen Schicht erhält man durch nachträgliches Lackieren.

Die äußere Bewehrung 14 besteht aus einem gehärteten, hochtemperaturfesten Polyolefin mit hohem Molekulargewicht, z. B. einem Polypropylen. Ein typisches derartiges, im Handel erhältliches Polypropylen hat die nachstehenden charakteristischen Eigenschaften:

Molekulargewicht:

spezifisches Gewicht:
Durchbiegetemperatur:
Biegemodul:

hoch, ausweislich der verminderten Viskosität von 0,29 Pas (entspricht 3,5 dl/g) in Dekahydronaphthalin bei 408 K.

0,90 bis 0,91 g/cm^J bei
296 K.

bei einer Belastung von 455 kPa(4,64 kg/cm*) 373 K 1,25 GPa (12700 kg/cm²).

Die äußere Bewehrung läßt sich dadurch herstellen, daß man die isolierten und mit der geflochtenen Schicht überzogenen Leiter zusammen durch eine entsprechende Strangpreßform bewegt und das Polyolefin anpreßt. Während des Anpressens kann man die einzelnen Adern durch Umwickeln mit Papier oder einem anderen porösen Material zusammenhalten und gegen mechanische Beschädigung schützen.

Das oben beschriebene Polypropylen hat eine ausgezeichnete Abriebfestigkeit und ist mechanisch hoch belastbar. Es ist resistent gegen Salze, Säuren, Gase, Wasser und Kohlenwasserstoffe, wie sie in Quellen vorkommen. Das Polypropylen neigt nicht zur Spannungsbildung oder Rißbildung unter Umwelteinflüssen. Es behält seine Abriebfestigkeit auch bei hohen und niederen Umgebungstemperaturen und ist so elastisch, daß ein Aufwickeln und Abspulen des Kabels ohne Rißbildung oder Aufbau innerer Spannungen möglich ist. Dadurch, daß man dem Polypropylen dunkle Pigmente und UV-Stabilisatoren zusetzt, kann man auch eine Verwitterung durch Sonnenlicht ausräumen.

Da die äußere Bewehrung 14 mit den Durchbrechungen 18 versehen ist, erhält man eine vollständige Drainage des Kabels an Quellenströmungsniitteln beim Herausziehen aus einem Bohrloch. Hierdurch wird das Herausziehen erleichtert und eine Gefährdung durch mit dem Kabel herausgezogenes Quellenströmungsmittel ausgeräumt. Die Anzahl und Größe der Durchbrechungen 18 wird so gewählt, daß einerseits dieser freie

Durchtritt von Quellenströmungsmitteln zum und aus dem Innenraum der Bewehrung möglich ist, andererseits aber trotzdem eine möglichst große Zugfestigkeit der Bewehrung erhalten wird.

Die Durchbrechungen 18 werden beim Anformen der Bewehrung in der Strangpreßform mit erzeugt, indem man das Preßwerkzeug dreht, wenn die Bewehrung über die Adern gespritzt wird. Man kann die Bewehrung auch zunächst ohne Durchbrechungen anspritzen und die letzteren dann durch Lochen, Stanzen oder Einschmelzen mit einer heißen Nadel herstellen. Stattdessen kann man auch die Adern mit einem Gewebe aus Polyolefindraht oder Polyolefinfaden umwickeln, welches dann zur Erhöhung der mechanischen Festigkeit wärrneversiegelt wird.

Bei einem praktischen Ausführungsbeispiel für ein Bohrlochkabel wurden drei jeweils sieben Drähte aufweisende verseilte Kupferleiter jeweils mit einer Isolierschicht mit einer Dicke von 2,54 mm aus EPDM wie oben angegeben versehen. Die isolierten Leiter wurden mit einer geflochtenen Schicht aus Polyamidfäden umgeben (Denierzahl der Fäden 200/10; Dichte des Geflechtes 7,4 Schuß/cm). Die so erhaltene geflochtene Schicht wird dreimal in einer Alkohol-Wasser-Lösung von Polyamid lackiert, wobei nach jedem Eintauchen an Luft getrocknet wird. Die einzelnen Adern werden dann

ίο durch ein Hilfsband zu einer Einheit zusammengewikkelt und durch Strangpressen oder Spritzen der äußeren Bewehrung aus dem oben angegebenen hochtemperaturfesten Polypropylen versehen. Die Bewehrung wird dann von Hand mit Durchbrechungen mit einem ^s Durchmesser von 3,2 mm versehen, von denen auf einen Meter des Kabels etwa 330 vorgesehen werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Elektrisches Kabel mit einer Mehrzahl von Adern, welche jeweils einen Leiter und eine diesen umhüllende Isolierschicht aus einem öl- und säurefesten, wärmegehärteten, aus einem Gemisch aus EPDM, Kohlenwasserstofföl und Polybutadien bestehenden Isolierstoff aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierschichten (12) jeweils durch eine geflochtene Schicht (13) umgeben und eingeschlossen sind, und daß die \dern (11) durch eine äußere Bewehrung (14) aus einem hochtemperaturfesten Polyolefin mit hohem Molekulargewicht umschlossen sind, welche den freien Durchfluß der Quellströmungsmittel in das Innere des Kabels gestattet.

2. Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die geflochtene Schicht (13) aus Polyamid-, Polyester-, Glas- oder Fluorkohlenstoffpolymerfasern besteht.

3. Kabel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Bewehrung (14) Durchbrechungen (18) aufweist.