NO158039B

NO158039B - Well logging CABLE.

Info

Publication number: NO158039B
Application number: NO850831A
Authority: NO
Inventors: Arild Hassel; Malvin Bendiksen
Original assignee: Standard Tel Kabelfab As
Priority date: 1985-03-01
Filing date: 1985-03-01
Publication date: 1988-03-21
Also published as: GB8603742D0; GB2173034A; NO158039C; FR2578351A1; NO850831L

Abstract

Kabel for oljebrønn omfattende en telekommunikasjonsdel (1, 2) konsentrisk anbragt inne i en sterk-strømkabel (5, 10, 15, 20) samt armering (8). Sterktrømkabel-delen er fortrinnsvis utformet av sterkstrømledere med en flat form. Sammenlignet med konvensjonelle kabler har foreliggende kabel et mindre nivå med krysstale i kommunikasjonsdelen. Dessuten gir den flate utformingen av sterk-strømlederne og armeringen en mindre kabeldiameter.Oil well cable comprising a telecommunication part (1, 2) concentrically arranged inside a high-current cable (5, 10, 15, 20) and reinforcement (8). The high-voltage cable section is preferably formed by high-current conductors with a flat shape. Compared to conventional cables, the present cable has a smaller level of crosstalk in the communication part. In addition, the flat design of the strong current conductors and the reinforcement give a smaller cable diameter.

Description

Foreliggende oppfinnelse angår kabler og særlig kabler for oljebrønnlogging. Slike kabler benyttes til å senke testutstyr ned i oljebrønner. Disse kablene representerer også et kommunikasjonledd mellom testutstyret som befinner seg i den nederste enden av kablen og over f1ateutstyr som befinner seg i den øvre enden av kablen. Elektrisk energi tilføres testutstyret gjennom kabelen. Kabelen må være lang nok til å benyttes i undersjøiske oljebrønner som kan ligge så mye som 2000 - 5000 m under havoverflaten. Kabelen kan i enkelte tilfeller være ca. 6000 m. The present invention relates to cables and in particular cables for oil well logging. Such cables are used to lower test equipment into oil wells. These cables also represent a communication link between the test equipment which is located at the lower end of the cable and above f1ate equipment which is located at the upper end of the cable. Electrical energy is supplied to the test equipment through the cable. The cable must be long enough to be used in subsea oil wells that can lie as much as 2000 - 5000 m below sea level. In some cases, the cable can be approx. 6000 m.

Kabelen må dessuten være i stand til å motstå hardhendt behandling og krevende tilstander i omgivelsene. Temperaturer som overskrider 200°C er ikke sjelden, og kabelen kan i høyeste grad bli utsatt for varm olje og boreslam. Kabelen må dessuten tåle sterke langsgående strekk-krefter og store sl itepåkjenninger og abrasjonspåkjenninger på overflaten, det siste fordi kabelen må være sterk nok til å bli benyttet om igjen flere ganger. Kabelen må dessuten være lett og ha en relativt liten diameter. Eksperimenter er blitt gjort med oljebrønnkabler som omfatter 7 isolerte ledere. Seks ledere var snodd i et lag omkring den sjuende senterleder. Over bunten av ledere var det viklet et lag av varmebestandig bånd. Hensikten med dette båndet var å holde lederne sammen og å representere et glatt underlag for den ytre armering. I en slik kabel består armeringen av to lag med. runde eller sirkulære ståltråder som er påført som kryssende armering. Det ble benyttet stål med relativt høy bruddstyrke. Armeringen som var kryssviklet, tålte ikke meget torsjon, men dette problemet ble ikke betraktet som essensielt. The cable must also be able to withstand harsh treatment and demanding environmental conditions. Temperatures exceeding 200°C are not rare, and the cable can be exposed to hot oil and drilling mud to the highest degree. The cable must also withstand strong longitudinal tensile forces and large wear and abrasion stresses on the surface, the latter because the cable must be strong enough to be reused several times. The cable must also be light and have a relatively small diameter. Experiments have been done with oil well cables comprising 7 insulated conductors. Six leaders were twisted in a team around the seventh center leader. A layer of heat-resistant tape was wound over the bundle of conductors. The purpose of this tape was to hold the conductors together and to represent a smooth surface for the outer reinforcement. In such a cable, the reinforcement consists of two layers of round or circular steel wires applied as crossing reinforcement. Steel with a relatively high breaking strength was used. The armature, being cross-wound, did not withstand much torsion, but this problem was not considered essential.

Fire av de sju ledere besto av to kommunikasjonspar for overføring av signaler mellom testutstyret i oljebrønnen og overf1ateutstyret. To av de øvrige ledere (5 og 6) ble benyttet for å tilføre elektrisk energi til testutstyret, mens den sjuende leder ble holdt passiv som en reservelder. Signaler fra overflaten til testutstyret ble tilført via en fantomkrets, dvs. to og to kommunikasjons1ederne ble forbundet i parallell. De fire kommunikasjonstrådene ble derfor som nevnt benyttet til overføring av signaler i begge retninger. Minst to problemer er blitt erfart med en kabel av den ovennevnte type: - Krysstale og støy var høy på alle tre signalkretser (de to parene og fantomkretsen ), - Når kabelen ble trukket opp og ned, hadde dens armering med dens runde tråder en sagende effekt som førte til at det dannet seg riller i veggen til oljebrønnen. Dette problemet er alvorlig når brønnen har krumninger eller på annen måte avviker fra en rett linje, fordi kabelen kan bli fanget inn i rillen og brekkes i stykker. Four of the seven conductors consisted of two communication pairs for the transmission of signals between the test equipment in the oil well and the surface equipment. Two of the other conductors (5 and 6) were used to supply electrical energy to the test equipment, while the seventh conductor was kept passive as a backup conductor. Signals from the surface to the test equipment were supplied via a phantom circuit, i.e. two and two communication leads were connected in parallel. The four communication wires were therefore, as mentioned, used to transmit signals in both directions. At least two problems have been experienced with a cable of the above type: - Crosstalk and noise were high on all three signal circuits (the two pairs and the phantom circuit), - When the cable was pulled up and down, its armature with its round wires had a sawing effect which led to the formation of grooves in the wall of the oil well. This problem is serious when the well has curves or otherwise deviates from a straight line, because the cable can become trapped in the groove and break into pieces.

US-patent 226,8223 viser en elektrisk kabel med minst to isolerte sterkstrømsledere som sammen med fyl 1 elementer utgjør ett konsentrisk lag i kabelen, og hvor kabelarmeringen utgjøres av ett konsentrisk lag med flate armer ingselementer. Dette er imidlertid en ren sterkstrømskabel som i sitt senter har en kjerne som skal oppta strekket i kabelen. US patent 226,8223 shows an electric cable with at least two insulated high-current conductors which, together with fill 1 elements, form one concentric layer in the cable, and where the cable reinforcement is made up of one concentric layer of flat reinforcement elements. However, this is a pure high-current cable, which in its center has a core that will absorb the tension in the cable.

US-patent nr. 4.156.869 beskriver i prinsippet en US patent no. 4,156,869 basically describes a

koaksialkabel hvor en av lederne også benyttes som kraftleder. Signaler må multiplekses inn på koaksen på inngangen for så å filtreres og de-multi plekses på utgangen. For oljebrønnskabel betinger dette en mengde elektronikk ned i oljebrønnen som ikke er kommersielt tilgjengelig for slike omgivelser. coaxial cable where one of the conductors is also used as a power conductor. Signals must be multiplexed onto the coax at the input and then filtered and de-multiplexed at the output. For oil well cable, this requires a quantity of electronics down in the oil well which is not commercially available for such an environment.

Fra GB-patentsøknad 2034958 er det kjent en flerkjernet kraftkabel for oljebrønn, hvilken kabel kan omfatte en "telekommunikasjonsdel" (styreleder 12). Det er ikke nevnt noe om at det kan være fordelaktig å arrangere sterkstrøms-lederne i ett eneste konsentrisk lag. Det er endog foreslått at en av sterkstrømslederne skal være plassert i senter av kabelen. Det er heller ikke nevnt noe om forholdet mellom sterkstrømsdelen og den eventuelle styreleder (12) annet enn at denne kan være plassert sentralt. Det er endog nevnt at "sensor" eller "control" tråder kan plasseres i de isolerende lag (3), (5) og (7), altså usymmetrisk i kabelen. From GB patent application 2034958, a multi-core power cable for an oil well is known, which cable may comprise a "telecommunications part" (director 12). There is no mention that it can be advantageous to arrange the high current conductors in a single concentric layer. It is even suggested that one of the high current conductors should be located in the center of the cable. Nor has anything been mentioned about the relationship between the high-current section and the possible chairman of the board (12) other than that this may be centrally located. It is even mentioned that "sensor" or "control" wires can be placed in the insulating layers (3), (5) and (7), i.e. asymmetrically in the cable.

Hovedformålet med foreliggende oppfinnelse er å tilveie-bringe en oljebrønnkabel som ikke oppviser ulempene ved tidligere kjente kabeltyper. Formålet er særlig å hindre elektromagnetiske/elektrostatiske forstyrrelser fra kraftdelen i en oljebrønnkabel i å sjenere signalene i mål e/signal1ederne i samme kabel. Dette er gjort ved at de to signalparene er snodd til en stjernefi rer, som gir to signalpar balansert mot hverandre, samt at hver kraftleder er splittet opp i flere enkeltledere/bånd. Kraftfasene danner et lag ledere rundt signalfireren som dermed blir liggende symmetrisk innenfor kraft-1ederne samtidig med at kabelens diameter holdes på et minimum. Dette hindrer induksjon av forstyrrende usymmetriske spenninger i signalkretsene. The main purpose of the present invention is to provide an oil well cable which does not exhibit the disadvantages of previously known cable types. The purpose is in particular to prevent electromagnetic/electrostatic disturbances from the power part in an oil well cable from disturbing the signals in the target e/signal feeders in the same cable. This is done by twisting the two signal pairs into a star wire, which gives two signal pairs balanced against each other, and that each power conductor is split into several individual conductors/ribbons. The power phases form a layer of conductors around the signal four, which thus lie symmetrically within the power conductors while keeping the diameter of the cable to a minimum. This prevents the induction of disturbing asymmetric voltages in the signal circuits.

Dette er oppnådd ved å utforme kabelen i overensstemmelse med de fremsatte patentkrav. This has been achieved by designing the cable in accordance with the patent claims made.

For å gi en klarere forståelse av foreliggende oppfinnelse vises til de nedenstående detaljerte beskrivelser av ut-førelseseksempler, samt til de ledsagende tegninger, hvor: - fig. 1 viser tverrsnittet til en utførelse av oppfinn-elsen, In order to provide a clearer understanding of the present invention, reference is made to the detailed descriptions of exemplary embodiments below, as well as to the accompanying drawings, where: - fig. 1 shows the cross-section of an embodiment of the invention,

- fig. 2 viser tverrsnittet til en av lederne, - fig. 2 shows the cross section of one of the conductors,

- fig. 3-5 viser alternative utførelser av foreliggende oppfinnelse, og - fig. 6-8 viser alternative utførelser av sterkstrøm lederne. - fig. 3-5 show alternative embodiments of the present invention, and - fig. 6-8 show alternative designs of the high current conductors.

For å løse problemene med krysstale og støy i de tre signalkretsene kan de fire lederne være arrangert som en stjernefi rer, og denne stjernefireren skulle være arrangert i midten av kabelen. Dette er antydet i fig. 1, hvor de fire trådene 1, som er forsynt med individuelle lag med isolasjon 2, er snodd i en firerkofigurasjon. Dimensjonen til leder-isolasjonen kan lett defineres slik at stjernefireren får utmerkede karakteristikker for både fantomkretsen og for de to symmetriske parlederne. Tråden 1 kan, som vist i fig. 2, være av mul ti fi 1amenttypen, hvor 6 tråder 3 er snodd rundt en sentertråd 4. Sentertråden 4 kan erstattes med et isolasjons-element for å unngå knekkeffekter (jfr. US pat. nr. 4 280 016). Lederisol asjonen skal være av en type som opprettholder høy styrke ved temperaturer opp til minst 250°C. Polytetra-fluoretylen (PTFE) samt polymerer under handelsnavn som Peek, Ultem, Datex og Tefcel kan være godt egnet. To solve the problems of crosstalk and noise in the three signal circuits, the four conductors can be arranged as a star-four, and this star-four should be arranged in the middle of the cable. This is indicated in fig. 1, where the four wires 1, which are provided with individual layers of insulation 2, are twisted in a quad configuration. The dimension of the conductor insulation can easily be defined so that the star quad gets excellent characteristics for both the phantom circuit and for the two symmetrical pair conductors. The thread 1 can, as shown in fig. 2, be of the multi-filament type, where 6 threads 3 are twisted around a center thread 4. The center thread 4 can be replaced with an insulating element to avoid kinking effects (cf. US patent no. 4 280 016). The conductor insulation must be of a type that maintains high strength at temperatures up to at least 250°C. Polytetrafluoroethylene (PTFE) as well as polymers under trade names such as Peek, Ultem, Datex and Tefcel can be well suited.

Som vist i fig. 1 er to ledere snodd rundt kommunikasjons-kabelkjernen for å danne et konsentrisk lag. Fy 11 elementer 6 kan være innlagt for å fylle opp de konsentriske lagene. Fy 11 elementer eller strenger kan være fremstilt av samme isolasjonsmateriale som 1ederisolasjonen eller av andre syntetiske materialer som Kevlar fibre. As shown in fig. 1, two conductors are twisted around the communication cable core to form a concentric layer. Fy 11 elements 6 can be inserted to fill up the concentric layers. Fy 11 elements or strings can be made of the same insulation material as the 1eder insulation or of other synthetic materials such as Kevlar fibres.

Utenpå sterkstrømdelen 5, 6 og kabelen er det plassert et dekke av varmebestandig materiale 7. Dekket kan bestå av én eller flere overlappende viklinger av et tekstilbånd. En fletting kan også benyttes, og alternativt belegg med Kevlar fibre. A cover of heat-resistant material 7 is placed on the outside of the high-current part 5, 6 and the cable. The cover can consist of one or more overlapping windings of a textile tape. A braid can also be used, and alternatively coating with Kevlar fibres.

I den foretrukne utførelsen av foreliggende oppfinnelse er de runde armeringstrådene erstattet med ett eller flere, fortrinnsvis to lag med flate bånd 8. Armeringstrådene bør være dimensjonert slik at de kan anbringes tett sammen, særlig trådene i det ytterste laget., Herved fås en glattere over-flate, og kabel diameteren holdes på et minimum. In the preferred embodiment of the present invention, the round reinforcing wires are replaced by one or more, preferably two layers of flat bands 8. The reinforcing wires should be dimensioned so that they can be placed close together, especially the wires in the outermost layer. This results in a smoother surface -surface, and the cable diameter is kept to a minimum.

Ved å bruke flate armeringselementer i ett eller flere lag blir glideflaten mellom kabelen og veggen i oljebrønnen betydelig øket. Problemet med å få riller i oljebrønnens vegger reduseres dermed sterkt. Videre vil kabelen i seg selv være sterkere, og den vil tåle flere antall logginger før den må skiftes ut. Armeringen bør fortrinnsvis ha form av en kryssarmering, dvs. to flate armeringslag viklet på hverandre med motsatt slagretning. For å holde kabeldimensjonene innenfor akseptable grenser kan hver av sterkstrømlederne (5, fig. 1) bestå av to eller flere ledere 10 anbragt i parallell som vist i fig. 3. Antall ledere 10 bør være likt, f.eks. 10, slik at fem og fem av lederne 10 kan være koblet i parallell. By using flat reinforcement elements in one or more layers, the sliding surface between the cable and the wall in the oil well is significantly increased. The problem of getting grooves in the walls of the oil well is thus greatly reduced. Furthermore, the cable itself will be stronger, and it will withstand more logging before it needs to be replaced. The reinforcement should preferably take the form of a cross reinforcement, i.e. two flat layers of reinforcement wound on each other with the opposite direction of impact. In order to keep the cable dimensions within acceptable limits, each of the high current conductors (5, fig. 1) can consist of two or more conductors 10 arranged in parallel as shown in fig. 3. The number of leaders 10 should be equal, e.g. 10, so that five and five of the conductors 10 can be connected in parallel.

Alternativt kan hver sterkstrømsleder bestå av et antall tråder 15 som er i langsgående kontakt med hverandre som vist i fig. 4, inne i en felles isolasjon 16. I fig. 4 kan tre og tre av disse sterkstrømlederne være forbundet i parallell ved de to endene av kabelen, dvs. ved over f1atesiden og ved testutstyrsiden. Telekommunikasjonsdelen er representert av en stjernefirer 17. Alternatively, each high current conductor can consist of a number of wires 15 which are in longitudinal contact with each other as shown in fig. 4, inside a common insulation 16. In fig. 4, three of these high current conductors can be connected in parallel at the two ends of the cable, i.e. at the overhead side and at the test equipment side. The telecommunications part is represented by a four star on the 17th.

I fig. 5 er det vist en kabel med en telekommunikasjons-firer som beskrevet og fire flate eller båndlignende sterk-strømledere 20 med isolasjon 21. In fig. 5 shows a cable with a telecommunications four as described and four flat or ribbon-like strong current conductors 20 with insulation 21.

Lederen 20 kan bestå av et kobberbånd (30, fig. 6), som er korrugert inne i en kappe av isolasjonsmateriale 31. The conductor 20 can consist of a copper band (30, fig. 6), which is corrugated inside a sheath of insulating material 31.

I utførelsen vist i fig. 4 kan trådene være bølgeformet i fase, som vist i fig. 7, eller ute i fase, som vist i fig. 8. De alternative utførelser av kabelen og lederen er ikke vist i skala. In the embodiment shown in fig. 4, the threads can be wave-shaped in phase, as shown in fig. 7, or out of phase, as shown in fig. 8. The alternative designs of the cable and conductor are not shown to scale.

Utførelsen i fig. 4 - 5 er foretrukket framfor utførelsen i fig. 1 og 3, fordi det er lettere å oppnå et sirkulært og lite tverrsnitt med disse utførelser. The embodiment in fig. 4 - 5 is preferred over the embodiment in fig. 1 and 3, because it is easier to achieve a circular and small cross-section with these designs.

Sterkstrømdelen bør fortrinnsvis være symmetrisk, med fyl 1 elementer arrangert mellom sterkstrømlederne hvis nød-vendig, for å gjøre et lag i kabelen fullt. The high-current section should preferably be symmetrical, with fill 1 elements arranged between the high-current conductors if necessary, to make a layer in the cable full.

Claims

1. Cable for an oil well, comprising a telecommunications part and a high current part as well as armouring, characterized in that it has the following individually known features: telecommunications part one consists of an axially positioned star four (1, 2; 17), the high current part consists of at least two individually insulated high-current conductors (5, 10, 15, 20) each of which has a flat, curved configuration and which, together with any fy 11 elements (5) form a concentric layer around the communication part, a layer of heat-resistant material (7) around the high-current part and the reinforcement which consists of one or more concentric layers of flat reinforcing elements (8) and forms the cable's only external mechanical protection.

2. Cable according to claim 1, characterized in that each of the high current conductors consists of at least one insulated, preferably corrugated copper strip (30).

3. Cable according to claim 1, characterized in that each of the high current conductors or its elements consists of several parallel arranged wires inside a common insulation (fig. 4).

4. Cable according to claim 3, characterized in that the wires (32, 34) are wavy inside the common insulation (33, 35).