NO160035B - Elektrisk kabel. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en elektrisk kabel av den art som angitt i innledningen til krav 1.

Elektriske kabler som ble anvendt ved oljebrønner må kunne

( virke tilfredsstillende og kunne overleve ekstremt skadelige betingelser med varme og mekanisk spenning. Omgivel-sestemperaturene i brønner er ofte høye og I 2R tapene i selve kabelen adderes til den omgivende varmen. Bruks-

tiden til en kabel er kjent å være invers i forhold til temperaturen ved hvilken den drives. Det er således viktig å kunne fjerne varme fra kabelen mens den er i dens vifte-omgivelse.

Kabler blir underlagt mekaniske spenninger på flere måter.

Det er vanlig praksis å feste kablene til oljepumperørled-ningene for å bli senket ned i en brønn ved å benytte bånd som kan og virkelig klemmer kablene, som alvorlig skader kabelens isolasjonsmessige og styrkemessige virkningsgrad. Kablene er også underlagt aksial strekk og sidestøt i løpet

av bruk.

Det er derfor foretrukket å utføre slike kabler med ytre metallarmeringer og omhylle de enkelte lederne med material-sjikt valgt for å øke isolasjonen og styrken til kabelen,

men dette er ofte ikke helt tilstrekkelig for å tilveiebringe den nødvendige beskyttelsen.

Et ytterligere problem oppstår som følge av nedhullstrykk,

som kan være i størrelsesorden av hundre eller tusen kg/cm 2, som kablene er underlagt. Isolasjonen som omgir lederne i kabelen inneholder i alminnelighet mikroporer hvor gassen blir presset inn ved disse høye trykkene over en tidsperiode. Når kabelen blir heller hurtig trukket-ut fra veggen er der ikke tilstrekkelig tid for det indre poretrykket å bli av-ledet. Isolasjonen har derfor en tendens til å ekspandere som ballong og kan brytes, som gjør at kabelen er ubrukelig deretter.

I norsk utlegn.skrift nr. 158905 er det beskrevet en kabelkonstruks jon som er spesielt egnet for anvendelse ved slike ekstreme skadelige omgivelser. Konstruksjonen beskytter kabelen mot kompresjonskrefter og sørger for spredning av varmen for kabelen som er et viktig trekk ved driftsomgivelser med høye temperaturer, av grunner beskrevet i ovenfor nevnte skrift.

Som beskrevet i dette utlegn.skriftet innbefatter kabelbeskyt-telseskonstruksjonen en eller flere langstrakte bærerelementer som er fortilpasset og strekker seg parallelt og tilliggende en isolert leder som innbefatter kabelen. Elementene er stive i tverrsnitt for å motstå kompresjonskrefter som ellers ville bli opptatt av kabellederne.

For anvendelse er det nødvendig at kabelen underlegges bøyninger med lange radiuser, den langstrakte bæreren kan bli dannet med en rekke med avstand anbrakte åpninger som strekker seg perpendikulært fra ene kanten av bæreelementet inn i dets legeme for å redusere elementets tverrsnitts-stivhet i område med åpninger for således å tilveiebringe fleksiblitet i bæreren med bøyninger med stor radius om dets lengdeakse.

For visse serviceanvendelser kan det være foretrukket at

den elektriske isolerende mantelen på en kabelleder ikke er i direkte berøring med spalteåpningene. Dette er på grunn av at spalteåpningene i bærerelementet kan tillate inngang av svært korrosive materialer i mantelsammensetningen ved strømning innover gjennom spaltene. Hjørnet dannet av spaltene kan dessuten skjære inn i eller slite bort den underliggende kabelmantelen ved gjentatte bøyninger av kabelen.

Et formål med foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe

en kabelbeskyttende konstruksjon som innbefatter et langstrakt, bøybart bæreelement for å beskytte et underliggende sjikt med lederisolasjon fra kompresjonskrefter og friksjon beveget ved bøyning av elementet. Et annet formål med opp-

finnelsen er å tilveiebringe en langstrakt kabelbeskyttende konstruksjon som er en sammensetning av en ytre bøybar del dannet av flere innbyrdes forbundne seksjoner av stivt tverrsnitt for å beskytte en underliggende leder fra kom-pres jonskref ter og et indre element for å beskytte lederne mot friksjonsberøring med de kompresjonsmotstandsdyktige seksjonene.

Et ytterligere formål med oppfinnelsen er å tilveiebringe

en langstrakt, bøybar kabelbeskyttelseskonstruksjon som er sammensatt av en sammensetning av to deler, en ytre kanal av stivt tverrsnitt for å beskytte indre kabelledere mot tverrgående påførte kompresjonskrefter og tilpasset til å bøye seg om dets lengdeakse og en indre foring som kan bøyes med den ytre kanalen for å beskytte isolasjonen på lederne fra friksjon og/eller skadelige kjemikalier eller omgivelser.

Et ytterligere formål er å tilveiebringe en sammensatt kabelbeskyttelseskonstruksjon i samsvar med ovenfor nevnte for anvendelse nede i oljebrønner, og som er gjort til termisk ledende for å sprede varme mottatt av kabelen i slike omgivelser.

Et ytterligere formål ved oppfinnelsen er å tilveiebringe

en elektrisk kabelbeskyttelseskonstruksjon anbrakt i kabelens beskyttende mantel, og som er fremstilt av to sammen-settbare deler for å forenkle fremstillingen av beskyttel-sesinstruks jonen .

Ovenfornevnte formål tilveiebringes ved hjelp av en elektrisk kabel av den innledningsvis nevnte art hvis karakteristiske trekk fremgår av krav 1. Ytterligere trekk ved oppfinnelsen fremgår av de øvrige kravene.

Oppfinnelsen skal nå beskrives nærmere med henvisning til tegningene, hvor: Fig. 1 viser et delperspektivriss av en lengdekabel konstruert i samsvar med foreliggende oppfinnelse, og som er vist er en endedel med dens ytre beskyttende mantel fjernet. Fig. 2 viser et sideriss av ene endedelen til kabelen på

fig. 1 sett i retningen av pilen 2 på fig. 1.

Fig. 3 viser et snitt av et kompresjonsmotstandsdyktig kanalelement for anvendelse ved foreliggende kabel, idet snittet er tatt langs linjen 3-3 på fig. 2. Fig. 4 viser et enderiss av en foringskomponent for det indre av det kompresjonsmotstandsdyktige elementet på fig. 3. Fig. 5 viser et endesnitt av et sammensatt kompresjonsmotstandsdyktig element montert på en isolert kabelleder tatt langs linjen 5-5 på fig. 2. Fig. 1 viser en utførelsesform av kabel konstruert i samsvar med foreliggende oppfinnelse og som er spesielt egnet for anbringelse nede i et hull eller i en oljebrønn. Den viste kabelen 10 innbefatter en ytre metallbeskyttelsesmantel 11 som omgir og omhyller flere enkeltvis isolerte ledere 12, 13 og 14. For anvendelse nede i borehull er lederne anordnet slik at de sentrale aksene til lederen ligger parallelle og i det vesentlig i samme plan som tilveiebringer kabelen med foretrukket flat form.

Mantelen 11 er fortrinnsvis dannet av en metallkorrigering viklet om lederen 12, 13 og 14 på en skruelinjet måte. De ved siden av hverandre anbrakte lederne er av en betydelig lengde, men for enkelhetens skyld er kun en liten del av denne kabelen vist på fig. 1. Anbrakt mellom de isolerte lederne er fire bæreelementer 15, 16, 17 og 18, idet hver av bæreelementene er langstrakte og strekker seg parallelt med lederne.

Bæreelementene 15, 16, 17 og 18 er fremstilt av et materiale som har et hovedsakelig stivt tverrsnitt og som er valgt utfra det at de har gode termiske ledeegenskaper, spesielt en termisk ledeevne som er i det minste større enn den termiske ledeevnen til lederisolasjonen. Fiberfylte karbonsam-mensetninger egnet for dette formål gir også god kompre-sjonsmotstandsevne. Metaller slik som stål og aluminium er også egnet for dette formål som også met-allfylte herd-bare polymeriske materialer.

En kanal 20 for hver av bæreelementene 15, 16, 17 og 18 kan være gjennomstukket av en enkel kontinuerlig strimmel av U-formet kanalmateriale og følgelig vil hver kanallengde

20 være av hovedsakelig identisk tverrsnitt og form.

Det som beskrives for det ene bæreelementet for kanalen 20 vil således også gjelde for de tilsvarende bæreelementene 16, 17 og 18.

Kanalen 20 har i det vesentlige U-tverrsnittsform dannet

av henholdsvis øvre og endre ben 21 og 22, som er hovedsakelig flate, parallelle og horisontale, som det fremgår av fig. 2 slik at de passer med respektive øvre og nedre flate overflater til metallmantelen 11. Sidebenene til bærerele-mentene er tilsluttet et stivt, vertikalt ben 23 som er litt lengre enn den totale størrelsen på lederen og dens dekk-sjikt eller isolasjonssjikt. Som det fremgår er tverrsnitts-formen til bæreren den til en i hovedsaken U-formet kanal med benene 21 og 22 strekkende tilnærmet mot midten av tilliggende leder som vender mot U til kanalen. Benene 21

og 22 strekker seg følgelig fra det tilsluttede ben 23 til hver side av denne lederen i en avstand som er omkring lik maksimalradiusen til lederen pluss dens isolasjonssjikt. Klemkrefter påført kabelmantelen 11, spesielt i retninger perpendikulært på kabelens 10 lengdeakse vil bli ytt motstand av kanalene 20 som er stive i tverrsnittet og ødeleggelse på lederisolasjonen av slike krefter vil derved bli forhind-et eller i det minste gjort til et minimum. Når kabelen er festet til et element slik som en oljebrønnsrørledning eller oljegjenvinningsmotor ved hjelp av bånd eller strimler, en situasjon som ofte bevirker klemming av en kabel, vil båndet som samvirker med utsiden av mantelen 11 og de stive bæreelementene 15, 16, 17 og 18 forhindre ødeleggelse på kabelen.

Kanalene 20 for bæreelementene 15, 16, 17 og 18, som er heller stive og motstandsdyktige mot kompresjon i retninger perpendikulært på kabelens 10 lengdeakse skulle dessuten ha en grad av toveis fleksibilitet og elastisitet som kan til-

late at kabelen kan utsettes for bøyer av lang radius som er nødvendig når kabelen skal installeres på et service-sted. Dette kan bli tilveiebrakt ved en første rekke av spalter 30 som strekker seg innover gjennom hver av kanal-benene 21 og perpendikulært gjennom tilslutningsbenet 23 og som avsluttes tilnærmet bøyen hvor benet 23 tilsluttes det motsatte benet 22. Spaltene 30 er i hovedsaken anordnet med lik avstand i lengderetningen til kanalen og deler derved kanalen 20 i etterhverandre følgende enkelte, fleksible sammenkoplede kanalsegmenter. I lengderetningen og med vekselvis avstand mellom spaltene 30 er anordnet en andre og motsatt rekke med spalter 31 som strekker seg perpendikulært inn i legemet til hver kanal 20 fra benet 22 til bøyen hvor benet 21 møter benet 23. Spaltene 31 er også anordnet med i hovedsaken lik avstand fra hverandre i lengderetningen og ligger tilnærmet midt mellom spaltene 30. Spaltene 30 og 31 strekker seg således vekselvis innover

fra henholdsvis benene 21 og 22 og gir stor fleksibilitet for kanalene 20 i to retninger i hovedplanet til kabel-bøyingen, dvs. i et plan perpendikulært på planet som går gjennom sentrene til de ved siden av hverandre anordnede kabelledere 12, 13 og 14. Når anordnet i en kabel vil den kanalkonstruksjonen 20 med vekslende fleksible sammenkoplede kanalsegmenter være lik den vist på fig. 1.

Selv om spaltene tilveiebringer kanalfleksiblitet kan de skarpe kantene dannet i kanalen 20 av spaltene ghi av den elektriske isolasjonen til kabellederne 12, 13 og 14 som i det minste delvis er omgitt av kanalene 20 til bære elementene 15, 16, 17 og 18 ved gjentagende bøyning av disse elementene. Som det best fremgår av fig. 1 og 5 er hver av lederne 12, 13 og 14, som kan være trådledere eller metalliske massive ledere dekket av ett eller flere konsen-triske sjikt eller belegg av egnet elektrisk isolasjon, idet to slike sjikt er vist og betegnet med henholdsvis 34 og 35. Disse isolasjonsbeleggene er i alminnelighet sammensatt av plast- eller gummikomponenter som er relativt myke og derfor kan ha deres overflater skåret eller visket av ved friksjon eller andre direkte kontakt med harde overflater. Enhver slik skjæring eller avgnikking av lederisolasjonen kan i alvorlig grad skade belegget og isolasjonen .

Spaltene 30 og 31 skåret inn i kanalene 20 kan medføre skarpe kanter, gråter og hjørner er dannet på innsiden av kanalen 20 som kan gni av det mykere isolasjonssjiktet 35 anordnet umiddelbart i berøring med en kanal 20, spesielt dersom kanalen er dannet av stål eller aluminium.

For å forhindre slik avgnidning er en langstrakt foring

satt inn i den U-formede kanalen 20. Foringen, hvis ene er betegnet med henvisningstallet 40 på fig. 4 og 5, har hovedsakelig flate henholdsvis motstatte flater 43 og 44, som ligger ann mot og strekker seg sammen med de indre flatene til benene 21 og 23, fig. 1 og 5. En halvsirkulær kantflate 45 er dannet på foringen for å sampasse med det sylindriske, ytterste isolasjonssjiktet 34 til den underliggende isolasjonen. Hver foring 40 er fremstilt tilstrekkelig kontinuerlig for å brooverbygge dé indre hjørnene og kantene dannet av spaltene 30 og 31, som derved forhindrer disse kantene fra direkte kontakt med isolasjonen på den underliggende lederkjernen.

De beskyttende foringene 40 er fortrinnsvis noe fleksible for således å kunne bøyes gjennom buer samtidig med dens overliggende kanal 20 i retningen hovedsakelig perpendikulær på hovedbøyeplanet eller lengdeaksen til kabelen 10, For oljebrønnanvendelser er foringene 40 fortrinnsvis sammensatt av et materiale som har god termisk ledeevne for spredning av varmen tilført kabelen 10 i slike omgivelser. Foringsmaterialet skulle være relativt glatt for å gli på den ytterste isolasjonsmantelen 35, spesielt i løpet av bøyning av sistnevnte. Et egnet metallmateriale for foringene er bly, som har en glatt overflate for å lette glidningen på de elastiske isolasjonssjiktene og gir dessuten god termisk ledeevne. Andre egnede metalliske eller ikke-metalliske materialer kan også bli anvendt for foringene. Foringene gir også et mål for beskyttelse av isolasjonen til lederne mot kontakt med og mulig angrep av isolasjonsødeleggende og korrosive kjemikalier. Den sentrale kabellederen 13, fig. 1, er spesielt beskyttet ved motsatt mot hverandre vendende og nær tilliggende kanter av de konkave flatene 45 til de to foringene som er henholdsvis innleiret i et par av motsatt mot hverandre vendende bærerelementer 16 og 17.

Ved dannelse av hver av bæreelementene 15, 16, 17 og 18 som en sammensetning av en kanal 20 og en foringskomponent 40 som kan bli innsatt i kanalen 20 blir fremstillingen av det sammensatte bærerelementet forenklet. Som ved kanalene 20 kan de enkelte foringene 40 bli fremstilt ved å kutte nødvendige lengder av en lengre kontinuerlig lengde med egn størrelse og formet strimler av foringsmaterialet.

Foringene 40 kan være fast montert i deres respektive kanal 20 ved kun forsenkning, halvinnstikking eller koning innove av små overflateområder på motsatte ben 21 og 22 til kanale 20 for å danne innover ragende knaster eller mottager 46. De motstående knaster 46 samvirker for å gripe derimellom de øvre og nedre overflatene 43 og 44 til foringene 40 presset inn i tilliggende kanalelementer med deres konkave flater 4 5 vendt i samme retning som dét indre av kanalen U.

Mens en fordelaktig utførelse har blitt beskrevet skal det bemerkes at for fagmannen på området er forskjellige endrin ger og modifikasjoner mulig viten å avvike fra rammen av opp finnelsen.

Claims (10)

1. Elektrisk kabel (10) innbefattende flere langstrakte Isolerte elektriske ledere (12, 13, 14) liggende i et plan 1 hovedsakelig parallelt forhold, en ytre mantel (11) som omgir lederne (12, 13, 14) for å danne en kabel (10), samt et første langstrakt element (20) som strekker seg tilliggende og parallelt med en av lederne (12, 13, 14), karakterisert ved at det første elementet (20) har første (21) og andre (22) og tredje (23) ben, idet det første benet (21) er tilsluttet det tredje benet (23) og strekker seg derfra tilliggende en lederflate, idet det tredje benet (23) har en mindre kompresjonsevne i en retning perpendikulært på kabelplanet enn isolasjonen til lederen (12, 13, 14) tilliggende dertil, og et andre langstrakt element (40) montert på det første elementet mellomliggende det første benet (21) og lederen (12, 13, 14), og idet det første elementet (20) har flere i lengderetningen med avstand anordnede spalter (30, 31) som strekker seg innover i forhold til det første benet (21) for forenkling av bøyingen av det tredje benet (23), idet det andre elementet (40) brooverbygger spaltene (30, 31) i det første benet (21) for å beskytte en leders (12, 13, 14) isolasjon.

2. Kabel ifølge krav 1, karakterisert ved at det første (21) og andre benet (22) er i hovedsaken parallelt og at spaltene (30, 31) er dannet i det første (21) og andre (22) benet.

3. Kabel ifølge krav 2, karakterisert ved at spaltene (30, 31) strekker seg innover og vekselvis i forhold til det første (21) og andre (22) benet.

4. Kabel Ifølge krav 3, karakterisert ved at spaltene (30, 31) strekker seg innover i det minste mot midten av det tredje benet (23) tilliggende et respektivt ett av det andre (22) eller første (21) benet.

5. Kabel ifølge krav 1, karakterisert ved at det første elementet (20) er fremstilt av et stivt materiale.

6. Kabel ifølge krav 5, karakterisert ved at det stive materialet til det første elementet (20) har en god termisk ledeevne.

7. Kabel ifølge krav 5 eller 6, karakterisert ved at det andre elementet (40) har en konkav overflate som vender mot den ene lederen (12, 13, 14).

8. Kabel ifølge krav 7, karakterisert ved at den konkave overflaten er glatt og kontinuerlig gjennom en hovedsakelig lengde av det første elementet (20).

9. Kabel ifølge krav 8, karakterisert ved at det andre elementet (40) er sammensatt av et materiale som har en fleksibilitet for bøying i nevnte plan hovedsakelig lik det til det første elementet (20).

10. Kabel ifølge krav 9, karakterisert ved at det andre elementet (40) er sammensatt av et materiale som har god termisk ledeevne.