DE2943690A1

DE2943690A1 - Kabelverbindung

Info

Publication number: DE2943690A1
Application number: DE19792943690
Authority: DE
Inventors: Raymond Louis Guzy
Original assignee: Borg Warner Corp
Current assignee: Borg Warner Corp
Priority date: 1978-11-03
Filing date: 1979-10-30
Publication date: 1980-05-14
Also published as: US4234758A; AR219637A1; CA1123071A; NL7907986A

Description

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Kabelverbindung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Verbindung für ein elektrisches Kabel und auf ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Kabelverbindung. Genauer gesagt, betrifft die Erfindung eine Kabelverbindung, die für unter hohen Temperaturen bzw. hohen Drücken stehende , gashaltige Ölbohrlächer geeignet ist, um durch Druckerniedrigung entstehende Kabelrisse bzw. Kabelbrüche zu verhindern, sowie ein Verfahren zur Herstellung von derartigen Kabelbindungen.

Normalerweise besitzen die in Verbindung mit Ölbohrlöchern verwendeten Kabel Leiter au· Metallitze, die gewöhnlich aus Kupfer bestehen und getrennt voneinander mit einem Material hoher dielektrischer Festigkeit isoliert, verkebelt und von einer Äußeren Bewehrung umgeben sind. In Kebelverbindungsebschnitten ist zwischen den Leitern eine Verbindung geformt« die ein metallisches Element umfaSt, des sich mit den Leitern in Reibeingriff befindet, sowie einen Isolationsabschnitt, der die freiliegenden Enden der Leiter und das metallische Element umgibt, das die Primärisolatisn der Verbindungsstelle bildet. Der Isolationsabschnitt besteht normalerweise «us einer Vielzahl von Schichten aus Isolierband und kenn van einer Hülse aus wärsKe«chrumpfbarem Material umgeben und begrenzt sein, die über der Primärisolation angeordnet ist und sich zur Abdichtung des Verbindungsbereiches über die anliegende Isolation erstreckt.

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In denjenigen Fällen, in denen dee Kebel in beeondere gashaltigen Bohrlöchern verwendet wird, treten im Bohrloch befindliche Strömunge-■ittel mit niedrigen Molekulargewicht, die unter hohem Druck stehen, durch feine Löcher oder andere Sohadatellen in der Primärieolation der Verbindung oder durch Gaapermeation in den Verbindungabereich ein. Wenn daa Kabel aua dem Bohrloch entfernt wird,nimmt der Außendruck ab, ao daß infolge der Anwesenheit der Kohlenwasserstoffe mit niedrigem Molekulargewicht innerhalb der Verbindung ein großes Druckungleichgewicht entsteht. Eine Folge davon iat in vielen Fällen Zerstörung der Verbindungsisolierung durch Ausblasen oder Risse bzw. Brüche.

Die Erfindung sieht eine Kabelverbindung vor, die gegenüber einem derertigen Ausblasen und entsprechenden Rissen bzw. Brüchen widerstandsfähig ist, sowie ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Kabelverbindung. Genauer gesagt, betrifft die Erfindung eine Kabelverbindung, die eine Klebeschicht umfalt, eine aus einem hitzehärtenden elastomeren Polymerisat gebildete Isolationsschicht, die einen begrenzten Poroaitätsgrad besitzt, eine Gewebeschicht, die die Isolationsschicht umgibt und begrenzt, und zwei Schichten aus einem wärmeschrurapfbaren Polymerisat sowie ein Verfahren zum Verbinden und Isolieren eines elektrischen Kabels.

Die Leiter dee Kabele, die durch die erfindungagemäB ausgebildete Verbindung angeschlossen werden sollen, umfaasen normalerweise eine Litze und eine die Leiter umgebende Isolationsschicht. Es kann darüber hinaua ein Faaergeflecht vorhanden sein, das die Isolationsschicht

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umgibt und eng umgrenzt. Zur Formung der Verbindung werden die Leiter zugerichtet, ao daß deren Enden beachSdigungafrei freiliegen, die Schicht aua dem Geflecht wird, falls vorhanden, zugerichtet, um einen Teil der Primärisolierung freizulegen, und die freiliegende Isolierung wird abgezogen oder geschwabbelt, um Schmutz zu entfernen und die Oberflächen aufzurauhen. Die freiliegenden Leiterenden werden in üblicher Weise miteinander verbunden, beispielsweise mit einer verformbaren Metallhülse, und die Metallhülss, irgendwelche noch vorhandene freiliegende Bereiche der Leiter, die Isolation und ein Teil des Geflechtes, falls vorhanden, werden mit einem Klebemittel beschichtet. Ein aus einem hitzehartenden elastomeren Polymerisat hergestelltes Isolierband wird danach schraubenförmig um die freiliegende Isolation und die Leiter gewunden. Ein lMnglicher Gewebestreifen wird auf die Geflechtabschnitte und den Verbindungabereich aufgebracht, so daß er diese überlappt, und wird wahlweise durch Aufbringung eines Klebemittels auf die Endabschnitte und den Überlappung* bereich befestigt. Das Gewebe wird dann mit einer schraubenförmig gewundenen Schicht aus einem wärmeschrumpfbaren Band abgedeckt, und ein aus einem wärmeachruwpfbaren Rohr gebildetes HQlsenelement wird so angeordnet, daß es sich über den Verbindungebereich einschließlich der mit dam Geflecht abgedeckten Abschnitte erstreckt« Danach wird Wirm· aufgebracht, die zum Schrumpfen des warmeschrumpfbaren Sandes und Rohres ausreicht, so daß die Isolation und die Gewebeschichten zusammengepreßt und befestigt werden.

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Die erfindungsgemäB hergestellte Verbindung ist dazu geeignet, in Bohrlochfluaaigkeitan bzw. -gase, die unter hohen Temperaturen und Drücken atehen, eingetaucht zu werden, ao defl sie von diesen Gasen und Flüssigkeiten umgeben ist, und ist widerstandsfähig gegenüber Beschädigungen, die durch eine Reduzierung de« Drucke» auf Luftdruck verursacht werden· In denjenigen Fällen, in denen geringere Mengen der niedrigmolekularen Strömungsmittel aus dem Bohrlooh die etwas poröse Isolationsschicht durchdringen, sichert das Gewebe die Isolationsschicht gegenüber einer Ausbauchung und Riesen infolge des hohen Innendruckee, und die niedrigmolekularen Bohrlochströmungsmittel desorbieren, ohne Aufreiflungen oder Beschädigungen der Isolierung·

Die Erfindung wird nunmehr anhand von AusfUhrungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Es zeigern

Fig. 1 sine Seitenansicht, teilweise im Schnitt,"der zwei miteinander verbundene Kabelenden dargestellt sind; und

Fig. 2 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, einer anderen Ausführungsform einer erfindungsgernfBen Kabelverbindung.

In Fig. 1 sind zwei Kabelenden 10 dargestellt, die metallische Leiter 12 aufweiaen, welche von einer Isolierschicht 13 und einer Schicht auβ

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ORIGINAL INSPECTED

einem Geflecht 14 umgeben sind. Ein Beispiel eines isolierten und mit einem Geflecht umhüllten Leiters, der in gashaltigen ölbohrlöchern Verwendung finden kann, ist in der US-PS 4 096 351 beschrieben. Die Kabelenden 12 sind über eine Verbindung 11 aneinandergeschlossen, die eine metallische Hülse 15, eine Klebeschicht 16, eine Isolierbandschicht 17, eine Gewebeschicht 18, eine Schicht 19 aus einem Band aus einem wärmeschrumpfbaren Polymerisat und eine Schicht 20 aus einer wärmeschrumpfbaren Hülse umfaßt.

Bei der Herstellung der erfindungsgemäB ausgebildeten Kabelverbindung werden die Kabelenden 10 zugerichtet, um einen Abschnitt der Isolation zu entfernen und Längenabschnitte der Leiter 12 freizulegen, und weiter zugerichtet, um einen Abschnitt der Geflechtschicht zu entfernen, um Längenabschnitte der Isolation 13 freizulegen. Die freiliegenden Leiter werden durch Einsetzen einer metallischen Hülse 15 miteinander verbunden, die danach verformt wird, um im Reibeingriff mit den Leitern zu stehen*

Irgendwelche freiliegenden Bereiche der Leiter, die metallische Hülse, die freiliegenden Bereiche der Isolation und vorzugsweise ein Abschnitt des Geflechtes werden danach mit einem Klebemittel 16 beschichtet. Für die Zwecke der Erfindung geeignete Klebemittel sind normalerweise flüssige, vorzugsweise lösungsmittelfreie Klebemittel, beispielsweise flüssige Epoxidharze, flüssige Urethane u.a., die hitzefrei aushärten und dabei eine feste, flexible, wasser— und ölundurchlässige Bindung herstellen* Das Klebemittel dient dazu, eine enge Verbindung zwischen

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der metallischen Hülse und der Kabelisolierung sowie der danach über die Klebemittelschicht aufgebrachten Schicht aus dem Isolierband herzustellen.

Danach wird eine, oder es werden mehrere Schichten des Isolierbandes 17 über die Klebeschicht im Verbindungebereich aufgebracht, wobei das Isolierband schraubenförmig gewickelt wird, um die freiliegende Isolation, irgendwelche noch vorhandene freiliegende Leiterbereiche und die metallische Hülse abzudecken. Ee ist normalerweise wünschenswert, zuerst ausreichend viel Isolierband über den Bereich der Metallhülss aufzubringen, um den Bereich auf die Höhe der angrenzenden Kabelisolierung aufzufüllen,und dann die Schicht mit einer einzigen schraubenförmigen Umhüllung zu vervollständigen, die sich an Jedem Ende über die freiliegende Isolierung erstreckt. Das Isolierband wird aus einem hitzehärtenden elaetomeren Polymerisat hergestellt, das im ausgehärteten Zustand ein ausgezeichneter elektrischer Isolator bei hohen Temperaturen und das im wesentlichen undurchlässig ist gegenüber Angriffen von Öl und anderen im Bohrloch befindlichen Strömungsmitteln. Eine wesentliche Eigenschaft des Polymerisates ist die, daß ein begrenzter Porositätsgrad vorhanden ist, so daB das Polymerisat Kohlenwasserstoffe mit sehr niedrigem Molekulargewicht aufnehmen kann, wenn diese unter hohem Druck stehen, und die aufgenommenen gasförmigen Kohlenwasserstoffe sofort wieder abgeben kann, wenn der Außendruck nicht mehr vorhanden ist. Ein für diese Zwecke geeignetes Material ist ein modifiziertes EDPM (Äthylenpropylendienmonomerterpolymerisat)-Gemisch, wie es in der US-PS 3 926 900 beschrieben ist. Wenn dieses

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Material für die Zwecke der Erfindung in Form eines Isolierbands» eingesetzt wird, ist das Polymerisat nicht ausgehärtet, und der erforderliche Härtungevorgang wird vorgenommen, wenn die Herstellung der Verbindung beendet ist·

Über die Schicht aus dem Isolierband wird eine einzige Umhüllung aus einem Gewebe 1Θ aufgebracht, die sich über einen Teil des Geflechtes erstreckt. Vorzugsweise wird das Gewebe in Form eines länglichen Streifens aufgebracht, der um die Länge der Verbindungsstelle gewickelt wird· Das Gewebe 1Θ kann alternativ dazu auch in Form eines Gewebebandes aufgebracht werden, das schraubenförmig um die Länge der Verbindungsstelle gewickelt wird und sich über einen Teil des Geflechtes erstreckt. FQr die Zwecke der Erfindung kann eine Reihe von gewebten Materialien Verwendung finden, beispielsweise Nylon, Polyester, Rayon, Baumwolle, Gewebe aus Glasfäden oder Glasfasern u.a. Es ist von wesentlicher Bedeutung, daß das Gewebe den Strömungsmitteln des Bohrloches ohne Bualitätsverluet oder wesentliche Erniedrigung der Zugfestigkeit ausgesetzt werden kann. Auf den Überlappungsbereich und auf die in Kontakt mit dem Geflecht befindlichen Endbereiche kann ein flüssiges Klebemittel aufgebracht werden.

Über das Gewebe wird eine einzige schraubenförmig gewundene Bandschicht 19 aufgebracht, die aus einem wärmeschrumpfbaren Polymerisat, wie PTFE, PFE u.a., hergestellt ist.

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COPY

Danach wird eine Hülse 20 aus einem wärmeschrumpfbaren Rohrmaterial ao angeordnet, daß «ie den Verbindungsbersich umgibt und eich über einen Abschnitt dee Geflechtes an beiden Enden des Verbindungsbereichec erstreckt. Wärme wird auf die gesamte Verbindungsstelle aufgebracht, um ein Schrumpfen der Hülse 20 und der wärmeschrumpfbaren Bandschicht 19 zu bewirken und dadurch die Isolierung und die Gewebeschichten zusammenzupressen und eng zu umgrenzen. Mehrere Umhüllungen aus dem wirmeschrumpfbaren Band sollen vermieden werden. Für die Zwecke der Erfindung dient die Kombination aus dem wMrmeschrumpfbaren Band und der Hülse lediglich dazu, die Isolierung und die Gewebeschichten zusammenzupressen und zu umgrenzen und nicht dazu, eine vollständige Dichtung gegen das Entweichen von desorbierten gasförmigen Kohlenwasserstoffen zu bilden.

Die Verbindungsstelle kann dann weiter erhitzt werden, um ein Aushärten der Isolationsschicht zu bewirken. Dieser HMrteschritt ist wahlweise, da die im Betrieb in den meisten Bohrlöchern angetroffenen Temperaturen ohnehin sehr rasch das erforderliche Aushärten verursachen.

Beispiel 1

GemeB den vorstehenden Ausführungen wurde eine Kabelverbindung hergestellt, wobei Nylongewebe als Gewebeschicht, PFE zur Bildung der wärmeschrumpfbaren Bandschicht und wärmeschrumpfbares PFE-Rohrmaterial zur Bildung der HUlsenschichten eingesetzt und wobei bei

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COPY I

162-175°C (325-350⁰F) auegehärtet wurde. Die Verbindungsstelle wurde sechs Wochen lang in einem gashaltigen Ölbohrloch angeordnet. Nach der Entfernung aus dem Bohrloch wurde das Kabel zerlegt, und die Verbindungsstelle wurde untersucht. Weder Risse noch Ausblasvorgänge waren aufgetreten.

Beispiel 2

Zu Vergleichszwecken wurde eine Kabelverbindung im wesentlichen nach den vorstehend wiedergegebenen Ausführungen wie in Beispiel 1 hergestellt. Es wurde jedoch die Gewebeschicht weggelassen. Die Kabelverbindung wurde drei Wochen lang in einem gashaltigen ölbohrloch angeordnet und dann aus diesem entfernt, wobei man feststellte, daß sich die Verbindung aufgebläht hatte und Risse aufwies. Es ist daher augenscheinlich, daß die Gewebeschicht die Isolationsschicht in wirksamer Weise umgrenzt und dadurch Ausblasung verhindert und die gasförmigen Kohlenwasserstoffe durch einen Dssorptionsprozeß aus der porösen Isolierung entweichen läßt.

Beispiel 3

Zu Vergleichszwecken wurde eine Kabelverbindung gemäß der Lehre der Erfindung wie in Beispiel 1 hergestellt. Es wurde jedoch zur Bildung der Isolationsschicht ein übliches Ä'thylen-Propylen-Kautschukisolier— band eingesetzt. Die Kabelverbindung wurde drei Wochen lang in einen gashaltigen ölbohrloch angeordnet und danach aus diesem entfernt. Die Verbindung war gerissen, was bedeutet, daß die Kombination aus

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einer Gewebeschicht und einer nichtporöaen Iaolationaachicht bj ungenügenden Ergebnissen führt, da die innerhalb einer nichtporösen elastomeren Isolierung eingefangenen Strömungsmittel nicht deeorbieren können und dadurch ausreichend hohe Spannungen ausüben, um die Gewebeschicht zu zerreifien und die Isolierung der Verbindung zu zerstören.

Die Erfindung ist nicht auf Kabelenden des Types beschränkt, der in Fig. 1 dargestellt ist.

Die Kabelverbindung der vorliegenden Erfindung kann naturgemäß auch verwendet werden, um isolierte Leiter aneinander zu schließen, die andere Strukturen, als in Fig. 1 gezeigt, aufweisen. Eine alternative Aueführungeform einer erfindungsgemfißen Kabelverbindung ist in Fig. 2 gezeigt, wobei die Verbindung 23 zwischen zwei üblichen Bohrlochkabelenden 22 hergestellt i-st, die nur metallische Leiter 24 aufweisen, von denen jeder mit einer Isolationsschicht 25 bedeckt ist. Die Isolationsschicht 25 kann aus irgendeinem der üblichen Ieolationsmaterialien hergestellt sein, beispielsweise aus Nitrilkautschuk, Polypropylen u.a. Die Kabelverbindung umfaßt eine metallische Hülse 26, die von einer Klebeschicht 27 umgeben ist, die sich über den freiliegenden Leiter und die Isolierung erstreckt, eine schraubenförmig gewickelte Isolierbandschicht 2Θ, eine Gewebeschicht 29, eine schraubenförmig gewickelte würmeschrumpfbare Bandschicht 30 und die warmeschrumpfbare Hülse 31.

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Es ist auch offensichtlich, daß die erfindungsgemäße Kabelverbindung eingesetzt werden kann, um Kabelenden unterschiedlicher Ausbildungen miteinander zu verbinden* beispielsweise einen isolierten mit Geflecht umwickelten Leiter, wie in Fig. 1 gezeigt, mit einem isolierten Leiter des in Fig. 2 gezeigten Typs.

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Claims

BORG-WARNER CORPORATION
South Michigan Avenue
Chicago, Illinois 60604, USA

M-5096 29. Oktober 1979

Patentansprüche

Kabelverbindung, gekennzeichnet durch ein metallisches Hülsenelement (15), das sich über Leiterendabschnitte erstreckt und sich in Reibeingriff mit den Leiterendabachnitten befindet, eine Klebeschicht (16), die daa Hülaanelement badeckt und eich über die freiliegende Kabelisolierung erstreckt, ei» echreubenförmig gewickelte Isolier (r?) aus einem Band aue nicht ausgehärtetem hitzhärtenden elastoaeren Polymerisat, eine überlappende Gewebeschicht (18), eine schraubenförmig gewickelte ßchicht aue einem wärmeachrumpfberen Polymerisetmaterial (19) und eine Hülse aua wärmeschrumpfbar«« Polymeriaatmateriel (20).

2. Kabelverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, defl die Endebschnltte der Gewebeschicht und der Überlappungsbereich mit einem Klebemittel beechichtet sind.

3. Kabelverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß daa Band aus hitzehirtendem elaatomeren Polymerisat durch eine thermische Nechbehandlung auegehfirtet wird.

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ORIGINAL INSPECTED

4. Verfahren zur Herstellung einer Kabelverbindung, gekennzeichnet durch die nachfolgenden Schrittet

Verbinden der freiliegenden Leiterenden mit einer Hülse, so daß sich die HQlae mit den Leiterenden in Reibeingriff befindet}

Beschichten der Hülse, der freiliegenden Leiterenden und der freiliegenden Isolierung mit einem flüssigen Klebemittel;

Aufbringen einer Isolationsschicht aus einem Band aus einem nicht ausgehärteten hitzehBrtenden elastomeren Polymerisat über die Klebemittelschicht in schraubenförmiger Umwicklung;

Aufbringen einer überlappenden Gewebeschicht, so daß diese die Isolationsschicht umgibt;

Aufbringen einer Schicht aus einem Band aus wärmeschrumpfbar«« Polymerisatmaterial in schraubenförmiger Umwicklung; und

Anordnen einer Hülse aus wärraeschrurapfbarem Polymerisatmateriel, so daß diese die 8chicht aus dem wärraeschrumpfbaren Band umgibt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewebe-* schicht in den End- und Überlappungsbereichen mit einem Klebemittel beschichtet wird.

S. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß es des

weiteren den Schritt £iü? thermischen Behandlung eier Kabelverbindung umfaßt, um ein Schrumpfen der wÄmwechrumpfbaren Materialien zu bewirken.

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7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daS ee dee weiteren den Schritt der therniechen Behandlung dar Kabelverbindung uMfaBtt um daa hitzehirtende elastoaere Polymeriaat
auszuhärten.

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