NO158039B - Borehulls-loggekabel. - Google Patents

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.

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.

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.

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.

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 nr. 4.156.869 beskriver i prinsippet en

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.

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.

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.

Dette er oppnådd ved å utforme kabelen i overensstemmelse med de fremsatte patentkrav.

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,

- fig. 2 viser tverrsnittet til en av lederne,

- fig. 3-5 viser alternative utførelser av foreliggende oppfinnelse, og - fig. 6-8 viser alternative utførelser av sterkstrøm lederne.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Lederen 20 kan bestå av et kobberbånd (30, fig. 6), som er korrugert inne i en kappe av isolasjonsmateriale 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.

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.

Sterkstrømdelen bør fortrinnsvis være symmetrisk, med fyl 1 elementer arrangert mellom sterkstrømlederne hvis nød-vendig, for å gjøre et lag i kabelen fullt.

Claims (4)

1. Kabel for oljebrønn, omfattende en telekommunikasjonsdel og en sterkstrømsdel samt armering, karakterisert ved at den har følgende hver for seg kjente trekk: telekommunikasjonsdel en består av en aksielt plassert stjernefirer (1, 2; 17), sterkstrømsdelen består av minst to individuelt isolerte sterkstrømsledere (5, 10, 15, 20) som hver har en flat, buet konfigurasjon og, som sammen med eventuelle fy 11 elementer (5) utgjør ett konsentrisk lag rundt kommunikasjonsdelen, et lag med varmebestandig materiale (7) rundt sterkstrømsdelen og armeringen som utgjøres av ett eller flere konsentriske lag med flate armeringselementer (8) og danner kabelens eneste ytre mekaniske beskyttelse.

2. Kabel ifølge krav 1, karakterisert ved at hver av sterkstrømslederne består av minst ett isolert, fortrinnsvis korrugert kobberbånd (30).

3. Kabel ifølge krav 1, karakterisert ved at hver av sterkstrømslederne eller dens elementer består av flere parallelt arrangerte tråder inne i en felles isolasjon (fig. 4).

4. Kabel ifølge krav 3, karakterisert ved at trådene (32, 34) er bølgeformet inne i den felles isolasjonen (33, 35).