DE3436517A1

DE3436517A1 - Mehradriges elektrisches energiekabel, insbesondere versorgungskabel fuer bohrlochaggregate

Info

Publication number: DE3436517A1
Application number: DE19843436517
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dr.-Ing. 3012 Langenhagen Ziemek
Original assignee: Kabelmetal Electro GmbH
Current assignee: Kabelmetal Electro GmbH
Priority date: 1984-10-05
Filing date: 1984-10-05
Publication date: 1986-04-10
Also published as: CA1241394A

Description

Mehradriges elektrisches Energiekabel, insbesondere Versorgungskabel für
Bohrl ochaggregate Die Erfindung betrifft ein mehradriges elektrisches Energiekabel, insbesondere Versorgungskabel für Bohrlochaggregate, beispielsweise Pumpen, bei dem die gebündelten isolierten Leiter innerhalb eines gewellten Metallrohres angeordnet sind.
Für die Durchführung von Erdöl- oder Erdgasbohrungen werden Antriebselemente verwendet, die in 3 000 m Tiefe und mehr eingesetzt werden.
Diese Antriebselemente, insbesondere Pumpen, werden von der Erdoberfläche her- mit elektrischer Energie versorgt Zu diesem Zweck sind elektrische Kabel erforderlich, die ganz spezielle Forderungen zu erfüllen haben Berücksichtigt werden müssen einmal die in diesen Tiefen herrschenden Druckverhältnisse, die eine entsprechend druckfeste Ausführung des Kabels verlangen, daneben sind zu berücksichtigen aber auch Erdtemperaturen, die in der Größenordnung von 120 0g und mehr zuzüglich der von den Antriebselementen in Form von Verlustwärme selbst erzeugten Temperaturen liegen. Als weitere Voraussetzung für ein Funktionieren der Kabel während einer längeren Betriebszeit ist eine weitgehende Unempfindlichkeit gegen im Bohrloch oder Bohrschacht vorhandene aggressive Medien, wie beispielsweise aggressive Gase oder auch Meerwasser, wenn die Bohrungen im Meeresgrund durchgeführt werden müssen.
Aus der DE-OS 2853100 ist ein Kabel für den genannten Zweck bekannt geworden, welches aus drei gebündelten oder miteinander verseilten Adern besteht, die von einem sogenannten Wellmantel umhüllt sind. Die ein zelnen Adern bestehen aus einem elektrischen Leiter, einer Isolierung sowie einem auf die Isolierung aufgebrachten Wellmantel. Die drei mit dem Wellmantel versehenen Adern werden dann gemeinsam von einem weiteren Wellrohr umgeben. Die auf den Isolierungen der Adern aufliegenden Wellmäntel führen aufgrund ihrer Wellung zu einem sehr großen Durchmesser für das die Seele umhüllende Wellrohr. Dieses bekannte Kabel ist aufgrund seines großen Durchmessers recht unhandlich wegen des hohen Metallgewichtes, aufgrund der vier Wellrohre sehr schwer und infolge des großen Durchmessers des Wellrohres nicht imstande, Drücke von mehr als 220 bar auszuhalten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Kabel der eingangs erwähnten Art dahingehend zu verbessern, daß dieses Drücke von mehr als 300 bar auszuhalten vermag. Darüberhinaus soll das Kabel eine ausreichend hohe Längszugfestigkeit aufweisen.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Wellung des Rohres bezüglich Welltiefe und Wellsteigung so ausgebildet ist, daß die Länge des Wellrohres gegenüber dem Glattrohr, aus dem es hergestellt ist, um 33 bis 67 %, vorzugsweise um 45 bis 55 %, kürzer ist und daß auf dem Wellrohr eine Armierung angeordnet ist. Die Erfindung geht von der überlegung aus, daß sich die meisten metallischen Werkstoffe durch Kaltverformen bezüglich ihrer Festigkeit, insbesondere der Streckgrenze, erhöhen. Nimmt man als Maß für die Kaltverformung die Verkürzung des Glattrohres, denn diese Verkürzung beinhaltet gleichzeitig auch die Welltiefe, dann läßt sich der kritische Druck festlegen zu Wenn der Zusammenhang zwischen g und t bekannt ist, kann man schreiben, Die Druckfestigkeit läßt sich also durch eine tiefere Wellung in,^olJe einer stärkeren Kaltverfestigung erhöhen. Es hat sich gezeigt, daß bei austenitischen Stählen der Anstieg des kritischen Druckes bei Werten von a zwischen 1,3 und 3 und bei b zwischen 1,3 und 4 erfolgt Wesentlich ist jedocn, daß diese Verkürzung des Rohres erhalten bleibt. Aus diesem Grunde ist es zwingend erforderlich, daß auf dem Wellrohr eine Armierung angeordnet ist, die einer Längung des Wellrohres bei Druckbeaufschlagung entgegenwirkt.
Nach einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Verhältnis von Rohraußendurchmesser zur Wanddicke 60 bis 125 und das Verhältnis von Welltiefe zu Wanddicke zwischen 8 und 25. Die genannten Werte ermöglichen eine kontinuierliche Fertigung aus einem l.angseinlaufenden Metallband und führen zu einem flexiblen Rohr. Die Druckbelastbarkeit des Rohres kann noch erhöht werden, wenn man nach einem weiteren Gedanken der Erfindung das Wellrohr doppelwandig ausbildet. Die Glattrohre werden hierbei satt übereinandergeformt und gemeinsam gewellt. Die Armierung besteht zweckmäßigerweise aus einer Vielzahl wendelartig aufgebrachter hochfester Drähte Dabei sollten die Drähte mit einer Schlaglänge von 2 D bis 6 D aufgebracht erden, worin D der-Außendurchmesser des Wellrohres ist. Diese Bemessung verhindert mit großer Sicherheit eine Längung des Rohres bei Druckbeaufschlagung Eine alternative Ausbildung der Armierung besteht darin, daß eine Vielzahl hochfester Drähte mit wechselnder Schlagrichtung auf das Rohr aufgebracht ist und durch mindestens einen hochfesten Draht bzw. ein hochfestes Band mit kurzer Schlaglänge und hoher Vorspannung aufgebracht gehalten ist. Diese Ausführungsform ist insbesondere für größere Durchmesser geeignet, da für die Fertigung auf komplizierte Bewicklungseinrichtungen verzichtet werden kann. Die Anzahl der Drähte ist bei beiden Ausführungsformen so zu wählen, daß sich eine Oberflächenbedeckung des Wellrohres von nahezu 100 % ergibt.
Es ist jedoch auch möglich, die Armierung aus einem wendelartig mit überlappenden Bandkanten aufgebrachten Metallband zu wählen, wobei das Metallband im Querschnitt gesehen so geformt ist, daß seine Bandkanten im überlappungsbereich formsctnlüssig ineinandergreifen. Die Schlaglänge ist bei dieser Ausführungsform wesentlich kürzer, wobei jedoch darauf geachtet werden muß, daß das Metallband fest auf der Oberfläche des Wellrohres aufliegt. Diese Art der Armierung verhindert ebenfalls eine merkliche Längung des Wellrohres bei Druckbeaufschlagung oder bei einer vertikalen Anordnung des Kabels. Die Flexibilität des Kabels wird durch die Armierung nicht wesentlich reduziert. Sowohl das Metallrohr als auch die Armierung sollten aus Korrosionsgreinden aus dem gleichen Werkstoff bestehen. Vorzugsweise verwendet man austenitischen Stahl, da dieser Werkstoff korrosionsfest gegenüber den meisten Medien ist und ein hohes Maß an Kaltverfestigung aufweist.
Die Erfindung ist anhand des in den Figuren 1 und 2 schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Die Figur 1 zeigt einen Querschnitt, die Figur 2 eine Schrägdraufsicht auf ein elektrisches Kabel gemäß der Lehre der Erfindung. Mit 1 sind drei Leiter, vorzugsweise aus Kupfer, bezeichnet, die entweder als Massivleiter oder als Verseilverbund ausgebildet sind. Die Leiter 1 sind von einer Isolierschicht 2 umgeben, die aus einem Athylenpropylen-Compound besteht. Die drei isolierten Leiter sind zweckmäßigerweise miteinander verseilt. Die verseilten Leiter sind von einer weiteren Isolierschicht 3 umgeben, die zweckmäßigerweise aus einem hitze-, öl-und feuchtigkeitsbeständigen Nitrilkautschuk besteht. Auf dieser Isolierschicht 3 sitzt das Wellrohr 4, welches aus einem längseinlaufenden zum Rohr geformten geschweißten und gewellten Metallband besteht. Fertigungsbedingt lassen sich die Kabel in nahezu unbegrenzter Länge herstellen, so daß ein Spleißen von Kabellängen aneinander weitestgehend vermieden werden kann.Auf den Wellenkuppen des Wellrohres 4 sitzt die Armierung 5, die aus einer Vielzahl von mit großer Schlaglänge aufgebrachten Drähten besteht. Das Wellrohr 4 besteht ebenso wie die Drähte der Armierung 5 aus austenitischem Stahl. Das Wellrohr 4 ist dabei zweckmäßigerweise doppelwandig ausgebildet.
Ein elektrisches Kabel, bei dem das Wellrohr 4 aus Edelstahl, einen Außendurchmesser von 41,5 mm, einen Innendurchmesser von 29,8 mm, einer Aellsteigung von 3,9 mm, einer Wanddicke von 0,5 mm und einer Welltiefe von 5,35 mm aufwies, wurde in einer Druckkammer untersucht. Das Kabel hielt einem Druck bis zu 500 kg/cm2 stand.
Ein Verfahren, mit dem eine solche extrem tiefe Wellung in kontinuierlicher Arbeitsweise hergestellt werden kann, ist erstmals im Hause der Anmelderin entwickelt worden und ist Gegenstand der Patentanmeldung P 3431120.3.
Während nach den bisher bekannten kontinuierlichen Wellverfahren Rohrverkürzungen von in etwa 15 % maximal erreichbar waren, lassen sich mit dem neuen Verfahren Verkürzungen von mehr als 60 % ohne großen Aufwand erzielen.
Die Armierung 5 dient dazu, daß beispielsweise bei einer vertikalen Anordnung des Kabels eine Längung des Wellroh-rs 4 aufgrund des Eigengewichtes des Kabels vermieden wird. Aus diesem Grunde ist es wesentlich, daß die Armierung 5 stramm auf dem Wellrohr 4 aufsitzt.
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Claims

Patentansprüche 1. Mehradriges elektrisches Energiekabel, insbesondere Versorgungskabel für Bohrlochaggregate, beispielsweise Pumpen, bei dem die gebUndelten isolierten Leiter innerhalb eines gewellten Metallrohres angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellung des Rohres (4) bezäg lich Welltiefe und Wellsteigung so ausgebildet ist, daß die Länge des Wellrohres (4) gegenüber dem Glattrohr, aus dem es hergestelßt ist, um 33 bis 67 %, vorzugsweise um 45 bis 55 % kürzer ist und daß auf dem Wellrohr (4) eine Armierung (5) angeordnet ist.
2. Mehradriges Energiekabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Rohraußendurchmesser zur Wanddicke 60 bis 125 und das Verhältnis von Welltiefe zu Wanddicke 8 bis 25 ist.
3. Mehradriges Energiekabel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Wellrohr (4) doppelwandig ausgebildet ist.
4. Mehradriges Energiekabel nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Armierung (s) aus einer Vielzahl wendelartig aufgebrachter hochfester Drähte besteht.
5. Mehradriges Energiekabel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Drähte mit einer Schlaglänge von 2 D bis 6 D aufgebracht sind, worin D der Außendurchmesser des Wellrohres (4) ist.
6. Mehradriges Energiekabel nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl hochfester Drähte mit wechselnder Schlagrichtung auf das Rohr (4) aufgebracht ist und durch mindestens einen hochfesten Draht bzw. ein hochfestes Band mit kurzer Schlaglänge und mit hoher Vorspannung aufgebracht gehalten ist.
7. Elektrisches Energiekabel nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet-, daß die Armierung (5) aus einem wendelartig mit überlappenden Bandkanten aufgebrachten Metallband besteht, wobei das Metallband im Querschnitt gesehen so geformt ist, daß seine Bandkanten im überlappungsbereich formschlüssig ineinandergreifen.
8. Elektrisches Energiekabel nach einem oder meheren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallrohr (4) und die Armierung (5) aus dem gleichen Werkstoff, vorzugsweise aus austeni tischem Stahl, bestehen.