DE2733701C3

DE2733701C3 - Elektrische Kabel

Info

Publication number: DE2733701C3
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: 1980-07-03
Also published as: CA1078938A; DE2733701B2; DE2733701A1; US4088830A; NL7707197A

Description

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

Ein derartiges Kabel ist in der DE-C)S 24 56 330 fceschrieben.

Aus der IJS-P5·" 14 85 939 is! ferner ein mehradriges elektrisches Kabel bekanni. bei welchem dit¹ isolierten Leiter in einen stranggeprcbten Mantel aus Nitrilgummi «•der einem gleichwertigen Elastomer eingebciiet sind. Dieser Mantel ist seinerseits vc«i einer äußeren Dewchrung aus einem endlosen, gewickclicn Band aus einem nichtmetallischen Werkslofl umschlossen. Diese lußcre Bewehrurg kann jedoch keine hermetische Abdichtung des Kabelinncren gegen die Qucllcnströmungsmiltel sicherstellen, hier/u ist vielmehr der Mantel aus elastomere™ Material vorgesehen. Über lehr kleine Löcher oder andere Schadstelien des Mantels können insbesondere bei hohem Außendruck Case, insbesondere Kohlenwasserstoffe mil niedrigem Molekulargewicht eindringen und sich im Kabclinneren ansammeln. Diese Gasansammlungen können /ur Rißbildung im Mantel und /u einem Platzen des Mantels lühren, /.. B. dann, wenn der äußere Druck auf das Kabel wegfällt, wenn letzteres aus dem Bohrloch herausbewegt wird Der hohe Innendruck im Kabel bewirkt dann ein Aufblähen der Isolierung und des Mantels, die dann fceide platzen. Zugleich wird die Metallbewehrung ixrrisscn. so daß das Kabel nicht mehr brauchbar ist. Ein Weiterer Nachteil dieser bekannten Kabel ist der. daß «lie Metallbewehrung schnell korrodiert, wenn das Kabci· in Quellen mit sauren und aggressiven Quellen Itrömungsmitteln verwendet wird.

In der US-PS 37IOOO9 ist schon vorgeschlagen Worden, eine äußere Bewehrung aus wasserdichtem, liochtcmperaturfestem Olefinmaterial durch Strangpressen aufzubringen Diese äußere Bewehrung bietet zwar ein Weiteres mechanisches Hindernis für das Eindringen der QüellenströmUfigsmiüel und einen besseren Korrosionsschutz, Kohlenwasserstoffe niederen Molekulargewichtes können aber auch bei einem solchen Kabel ins Kabelinncrc eindringen, entweder durch Diffusion oder dtircft Eindringen über Sciiadstel· |en 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 niedeam 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 so weitergebildet werden, daß die Gefahr der Bildung von Gssansammlungen 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 gelost.

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

Da die äußere Bewehrung einen freien Durchfluß der Qucllenströmungsmulel zulaßi. kann sich auch inner halb der äußeren Bewehrung kein Druck aufb liier,. Die Bewehrung bietet aber Iroizdem mechanischen Schulz gcRcr Abrieb unc! Verschleiß; sie widerslchl auch besonders aggressiven Strömungsmitteln.

Bei dem crfindungsgi.-mäßcn Kabel isl 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 Quellcnsiromunjis mittel rasch absorbieren und rasch desorbicren. f alls geringe Mengen eines Quülcnslrömungsmittcls mit niederem Molekulargewicht die dünne Isolierschicht durchdringen, und in I löhlriiumc 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 innenliegende 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 dit letztere umhüllenden geflochtenen Schicht 13. Die verschiedenen Adern 11 sind in einer äußeren Bewehrung 14 zusammengehalten und von dieser umgeben.

Die einzelnen Drahte oder Litzen der vf/seilten 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, weiche in einem quadratischen Raster angeordnet sind und eine freie Verbindung zwischen 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:

Bcsiandte-I	Cjevichlsteile
EPDMmitNaphtenöl.2 : I	105
flüssiges Polybutadien	30
Zinkoxid	5
Stearinsäure	I
Dihydrochinolin	I
Titandioxid	10
Lehm	100
Tnniethylolpropan
Trimethacrylji	2
Peroxid	Il

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

Die geflochtene Schicht 13 wird um die isolierien 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 Fest'gkeit der geflochtenen Schicht erhält man durch nachträgliches Lackieren.

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

Molekulargewicht:

spezifisches Gewicht:
Dtirchbiegetemperalur:
Biegemodul:

im derartiger Isolierstoff ist öl und solefcst und quillt i.i einer Kohlenwasserstoifatmosphäre nur wenig auf und wird auch in einer solchen nur wenig erweicht. Auch seine mechanischen und elektrischen Eigenschaften werden durch die niedriges Molekulargewicht aufweisenden Quellcnslrömungsmittel nur unwesentlich beeinflußt. Eine ganz wichtige Eigenschaft des oben angegebenen Isolierstoffes ist die, daß er unter Druck siehende gasförmige Kohlenwasserstoffe niedrigen Molekulargewichtes absorbiert und schnell wieder desnrbicrt, wenn der Außendruck vermindert wiru. Für Wiisserstoffgas weist (' -r oben angegebene Isolierstoff eine gute Permeabilität auf.

Im Hinblick nuf ein rasches Wiederfreigeben absorbierter Qudlenströmungsmittcl niedrigen Molekulargewichtes aus dem Inneren der Isolierschicht wird d'n¹ Dicke der letzOren klein gehalten. Vorzugsweise liegt die Dicke der Isolierschicht 12 im Bereich zwischen 0,5 und 3,8 mm, insbo'tondcl'i zwischen 1,78 und 2,5 mm.

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/cm¹ bei
296 K.

bei einer Belastung von 455 kPa(4,64 kg/cm'j"37 3 K 1.25 GPa (12700 kg/cm²).

Die äußere Bewehrung läßt sich dadurch hersteilen, daß man die isolierten und mit der geflochtenen Schicht überzogenen Leiter zusammen durch eine entsprechende Sirangpreßform 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 eme ausgezeichnete Abriebfestigkeit und ist mechanisch hoch belastbar. Es ist rcsistent gegen Salze, Säuren. Gase. Wasser und Kohlenwasserstoffe, wie sie in Quellen vorkommen. Das Polypropylen neigt niehl /ur Spannungsbildung oder Rißbildung unter Umwelteinflüssen. Es behält seine Abriebfnstigkeit auch bei hohen unu 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 U V-Stabilisatoren zuset/t, kann man auch eine Verwitterung d rch Sonnenlicht ausräumen.

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

Dufclitritl νοπ Quellenströrnungsmittcln zum und aus dem Innonraum der Bewehrung möglich ist, andererseits aber trotzdem eine möglichst große Zugfestigkeit der Bewehrung erhalten wird.

Die Durchbrechungen 18 werden beim Anformcn 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 Polyolefindrahi oder Polyolefinfaden umwickeln, weiches dann zur Erhöhung der mechanischen Festigkeit wärrneversiegclt wird.

Bei einem praktischen Ausfiihrungsbeispiel 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 (Dentefzahl der Fäden 200/10; Dichte des Geflechtes 7,4 Schuß/cm). Die so erhaltene geflochtene Schicht wird dreimal in cincf- Alkohol-Wasser-Lösung vofi Polyamid lackiert, wobei nach jedem Eintauchen an Luft getrocknet wird. Die einzelnen Adern werden dann durch ein Hilfsband zu einer Einheit zusammengcwikkelt und durch Strangpressen oder Spritzen der äußeren Bewehrung aus dem oben angegebenen höchtemperaturfesten Polypropylen vcrsthcri. Die Bewehrung wird dann von Hand mit Durchbrechungch mit einem Durchmesser von 3,2 mm versehen, von denen auf einen Meter des Kabels etwa 330 vorgesehen werden.

Hierzu j Blatt Zeichnuneen

Claims

Patentansprüche:

1. Elektrisches Kabel mit einer Mehrzahl von Adern, weiche jeweils einen Leiter und eine diesen ι 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) iß jeweils durch eine geflochtene Schicht (13) umgeben und eingeschlossen sind, und daß die Adern (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 gestaltet.

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

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