NO861019L - Kabel med forhalingsliner samt elektriske og hydrauliske ledninger. - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører forsterkede kabler som har forhalingsliner samt elektriske og hydrauliske ledninger i disse. Disse kabler er særlig anvendbare for deployering, opphengning, betjening og henting av pumper i oljebrønner og for å tilveiebringe hydraulisk og elektrisk kraft til annet utstyr nede i hullet. Kabelen ifølge oppfinnelsen omfatter minst en innvendig støtte til å motstå utvendige komprimerende krefter og er likevel bøybar om en av sine tverrakser for lett lagring på og deployering fra en trommel. Understøttelsen motstår også radielle utadforskyvninger av vaier rep forhalingsliner når de utsettes for langsgående komprimering. Denne type av kabel egnet for forhaling og effekt og signaltransmisjon anvendes typisk for installasjonen, driften og hentingen av elektrisk nedsenkbare pumper som anvendes i oljebrønner. Den konvensjonelle kabelen som anvendes på dette formål er generelt rund og omfatter en kjerne for effekt og signaltransmisjonslinjene omgitt av spiralviklede vaiere. Der er imidlertid fire vesentlige ulemper ved disse konvensjonelle kabler.

For det første, under strekk, utsettes de spiralviklede vaiere for betydlig innadrettede krefter som danner påkjenning på og kan skade den innvendige kjernen i kabelen. Dernest, under komprimering, har de spiralviklede vaiere tendens til å åpne opp utad eller innad, dvs. "danne fuglebur", som forvrenger vaiertrådene og kan innadkomprimere og eventuelt skade kabelkjernen. For det tredje, når slike runde kabler som holdes av spiralviklede vaiere utsettes for høye temperaturer og gjennom-går utadrettet utvidelse av kjernen, vil dette påny ha tendens til å generere ødeleggende komprimerende påkjenninger innenfor kabelen. Til sist kan disse runde kabler ikke vinsjes direkte på en trommel under høyt strekk for de ikke har evnen til å bære de resulterende høye sideveggs bærekrefter og blir derfor lett sammenklemt.

Andre tidligere kjente kabler har forhalings og effekt og signaltransmi-sjonsledninger som ikke er lett bøybare langs den langsgående aksen og derfor ikke lett kan lagres på eller deployeres" fra en trommel. Dessuten . er mange av disse kabler temmelig tunge og har derfor ikke et stort styrke/vektforhold. De er også voluminøse, vanskelige å fremstille, og gir utilstrekkelig kompresjonsmotstand.

Eksempler på disse tidligere kjente kabler er omhandlet i de følgende US-patenter: 2.544.233 , 3.679.812 , 3.843.829 , 4.081.602 , 4.196.307, 4.262.703, 4.374.530, 4.445.593, og 4.453.035. I tillegg er et eksempel på et slikt kjent teknikk omhandlet i Britisk patent 1.250.823.

Følgelig er det et primært formål med den foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en forsterket kabel som er egnet for forhaling og effekt og signaltransmisjon som har høy strekk og kompresjonsstyrke og skiller forhalingslinene og forsterkningskonstruksjonen fra effekt og signal-transmisjonsledningene.

Et annet formål med oppfinnelsen er å tilveiebringe en kabel som har forhalingsliner, samt elektriske og hydrauliske ledninger som motstår utvendig komprimerende støtkrefter, motstår fugleburdannelse under langsgående komprimering og som er bøybar for lett lagring og deployering fra en trommel.

Et annet formål med oppfinnelsen er å tilveiebringe en slik kabel som har et høyt forhold mellom styrke og vekt, og er kompakt samt lett å fremstille.

De foregående formål oppnås hovedsaklig ved å tilveiebringe en kabel som omfatter et par adskilte vaierrep, hvor hvert vaierrep omfatter et flertall av spiralviklede tråder, en elektrisk leder plassert mellom paret av vaierrep, og en holder og forsterkningsenhet, koplet til og omsluttende vaierrepene og den elektriske lederen, for å holde vaierrepene i en fast avstand fra hverandre, motstår eksterne komprimerende krefter rettet på tvers av den elektriske lederen langs i alt vesentlig hele lengden av nevnte elektriske leder, og motstående radiell forskyvning av vaier-reptrådene, langs i alt vesentlig hele lengden av nevnte vaierrep, under langsgående komprimering av vaierrepene, idet nevnte holder og forsterkningsenhet er bøybar om en akse på tvers av denne.

I utførelsesformene i fig. 1-6 omfatter holder og forsterkningsenheten et par av adskilte korrugerte støtter som mottar vaierrepene i disse, et par inngrepskanaler som omslutter støttene og et tubulært armeringsorgan som omslutter vaierrepene, den elektriske leder, kanalene og de korrugerte støtteorganer. Ved en ytterligere utførelsesform, ifølge fig. 7-9, omfatter holder og forsterkningsenheten en sentralt plassert tubulær støtte som danner inngrep med vaierrepene og et tubulært armeringsorgan som omslutter vaierrepene, den elektriske lederen og den tubulære støtten.

Andre formål, fordeler og fremtredene trekk ved den foreliggende oppfinnelse vil være innlysende fra den etterfølgende detaljerte beskrivelse, som, sett i forbindelse med de vedlagte tegninger omhandler foretrukne utførelsesformer av foreliggende oppfinnelse.

Det skal nå vises til de vedlagte tegninger som danner en del av foreliggende beskrivelse.

Fig. 1 er et perspektivriss fra høyre med deler bortbrutt av kabelen

ifølge den foreliggende oppfinnelse.

Fig. 2 er et forstørret tverrgående tverrsnitt i elevasjon av kabelen vist i fig. 1 med deler av det elastomere fyllmaterialet utelatt derfra for tydelighetsskyld. Fig. 3 er et utspilt tverrgående tverrsnittriss i elevasjon som illustrerer de øvre og nedre kanaler og de første og andre støtter vist i fig. 1 og 2. Fig. 4 er et perspektivriss fra høyre av en av kanalene vist i fig. 1-3. Fig. 5 viser et tverrsnittriss i elevasjon av en modifisert utførelses-form av kabelen ifølge oppfinnelsen, hvor den hydrauliske ledning er plassert innenfor en serie av elektriske ledere. Fig. 6 er et tverrsnittriss i elevasjon av en annen modifisert utførel-sesform av oppfinnelsen hvor to hydrauliske ledninger er plassert i kabelen på motsatte sider" av en serie av elektriske ledere. Fig. 7 er et perspektivriss fra høyre med deler bortbrutt av en

ytterligere modifisert kabel ifølge oppfinnelsen under anvendelse av kun en enkelt innvendig tubulær støtte.

Fig. 8 er et tverrsnittriss i elevasjon av den kabel som er vist i fig. 7

med deler av det elastomere filmmaterialet utelatt derfra for tydelighetsskyld.

Fig. 9 er et utspilt tverrsnittriss i elevasjon som illustrerer de to

kanaler som danner den tubulære støtten vist i fig. 8 og 9.

Som det vil fremgå av fig. 1-4 er kabelen 10 ifølge oppfinnelsen i alt vesentlig flat og har et i alt vesentlig rektangulært tverrsnitt. Langs hele sin lengde omfatter kabelen en tubulær enhet 12 dannet av øvre og nedre langstrakte kanaler 14 og 16, første og andre langstrakte støtter 18 og 20 plassert innenfor den tubulære enheten, armeringsbånd 22 viklet rundt den tubulære enheten, første og andre forhalingsliner 24 og 26 plasser innenfor nevnte første og andre støtter, første og andre hydrauliske ledninger 28 og 30 plassert innenfor nevnte første og andre forhalingsliner, og elektriske ledere 32, 34 og 36 plassert mellom nevnte første og andre støtter. Som det fremgår av fig. 1 og 2 er et elastomer fyllmateriale 38 plassert innenfor den tubulære enheten for å fylle rommene i denne som ikke ellers er opptatt.

Som det best fremgår av fig. 3 og 4 er de øvre og nedre kanaler 14 og 16 som danner den tubulære enheten 12 i alt vesentlig identiske og derfor vil kun en av disse bli beskrevet nærmere. Således er den øvre kanalen 14 i alt vesentlig U-formet i tverrsnitt, fortrinnsvis laget av metall, og består av et flatt sentralt organ 40 som har første og andre ben 41 og 42 som strekker seg i den samme retning fra dette ved dets ender. For å redusere kanalenes vekt, kan benene ha en rekke adskilte uttagninger 43 dannet i seg. For å tilveiebringe bøyning om aksen på tvers av kanalen, er et flertall på tvers forløpende slisser 44 anbragt fullstendig gjennom det sentrale organet 40 og delvis gjennom hvert ben.

Den nedre kanalen 16 har korresponderende sentralt organ 46, ben 47 og 48, uttagner 49 og tverrgående slisser 50.

Som det fremgår av fig. 3 og 4 er det i det sentrale organ 40 i den øvre kanalen dannet nedad i dette en første serie av adskilte fastholdingsstopporgan 52 og 53 og en andre serie av adskilte fastholdingsstopporgan 54 og 55. En lignende serie av fastholdingsstopporgan 56 og 57 samt 58 og 59 er dannet innad på det sentrale organet 46 i den nedre kanalen. Disse fastholdsstopporganer virker i forbindelse med kanalen for fast måte å fastholde nevnte første og andre støtter med en fast avstand fra hverandre, slik det vil bli beskrevet nærmere i det etterfølgende.

Som det fremgår av fig. 1 og 2 har nevnte øvre og nedre kanaler 14 og 16 sine respektive ben 41 og 47 samt benene 42 og 48 direkte i inngrep med hverandre til å danne et langstrakt hulrom 60 mellom disse. Dette hulrom har en langsgående lengde langs X-aksen, en tverrgående høyde langs en Y-akse og en tverrgående bredde langs en Z-akse, idet disse akser er innbyrdes ortogonale som angitt i fig. 1 og 2. Y-aksen skjærer de sentrale organene 40 go 46 som er parallelle og Z-aksen skjærer benene på kanalene. Når de er i slikt inngrep, og omviklet med armeringsbånd 22 som vist i fig. 1 og 2, er nevnte øvre og nedre kanaler i alt vesentlig stive langs Y- og Z-aksene.

De korrugerte første og andre støtter 18 og 20, som vist i fig. 1-3, danner lastbæringsvegger som er sterke og lette og stive langs Y- og Z-aksene. Hver av støttene er de samme og derfor vil kun en bli beskrevet nærmere. Således er den første støtten 18 fortrinnsvis dannet av metall som en korrigering omfattende en gjentatt rekke av åser 61 og daler 62. Hver av åsene er i alt vesentlig U-formet og dannet av på tvers og langsgående orienterte plane vegger med rektangulær form og en felles høyde. Hver av disse vegger kan forbindes i ett med hosliggende vegger gjennom en vinkel av 90 grader, selvom vinkelen kan være større som vist i fig. 1, ettersom støtten er vesentlig utvidbar i langsgående retning og bøybar om Z-aksen p.g.a. dens korrugerte natur. Slik det best fremgår av fig. 3, dannet langs X-aksen av hulrommet gjennom de tverrgående vegger hos støtten 18, er en passasje definert ved en rekke av bueformete åpninger 64. Disse åpninger strekker seg i alt vesentlig langs Z-aksen for hulrommet, mottar forhalingslinene i disse og inklu-derer i alt vesentlig 270 grader. Innerdiameterne for åpningene er hver i alt vesentlig lik ytterdiameterne for forhalingslinene, slik at der er en tett pasning i disse, slik det fremgår av fig. 1 og 2. Som det fremgår av fig. 1 og 3, kan uttagningene 65 dannes i de langsforløpende vegger av støtten for å minske dens vekt.

Den andre støtten 20 er dannet i alt vesentlig som den samme som den første støtten og er således korrugert, omfatter åser og daler, og har en andre passasje som strekker seg deri langs X-aksen omfattende bueformete åpninger 68, og uttagninger 69.

Slik det best fremgår av fig. 2, er høydene av støttene 18 og 20 langs Y-aksen hver i alt vesentlig lik avstanden mellom de indre overflater av de motstående sentrale organer på de øvre og nedre kanaler. Dessuten blir veggene i nevnte første og andre støtter som forløper langs X-aksen hos hulrommet mottatt mellom fastholdingsstopporganene på nevnte øvre og nedre kanaler, hvorved nevnte første og andre støtter holdes i en fast avstand fra hverandre og på motsatte sider av hulrommet, med den forhalingslinen 24 dannende inngrep med den venstre siden av nevnte øvre og nedre kanaler og den andre forhalingslinen 26 dannende inngrep med den høyre siden av kanalene.

Som det fremgår av fig. 1 og 2, såsnart nevnte øvre og nedre kanaler 14 og 16 er i inngrep, kan de omsluttes ved inngrep ved hjelp av et kontinuerlig, tubulært organ i form av armeringsbåndet 22 på disse. Dette bånd er konvensjonelt og omfatter et spiralviklet sammenlåsende flatt metallbånd som med fordel påføres med strekk og er bøybart om Z-aksen. Dette bånd ikke bare holder kanalene sammen, men tilveiebringer også en økt kompresjonsstyrke til den totale konstruksjon av kabelen, ettersom det tilveiebringer en løkkepåkjenning når det påføres under strekk.

Nevnte først og andre forhalingsliner 24 og 26 er, som det fremgår av fig. 1 og 2, og som omtalt ovenfor opptatt via en tett pasning innenfor de bueformete åpninger i nevnte første og andre støtter. Disse forhalingsliner strekker seg langs hulrommets 'X-akse, er parallelle og befinner seg i planet som skjærer kabelens tverrgående høyde, idet dette plan definerer en nøytral akse for kabelen. Disse forhalingsliner er symmetrisk plassert i kabelen, slik det best fremgår av fig. 2.

Hver av forhalingslinene er med fordel et spiralviklet vaierrep dannet av et flertall tråder, som i sin tur er dannet av et flertall filamenter. Med fordel er de to trådrepene spiralviklet i motsatte retninger for å utligne det resulterende vridningsmoment i kabelen. Ettersom vaierrepene mottas i de bueformete åpninger i nevnte første og andre støtter, virker de som en fast struktur som er i stand til å motstå utvendige komprimerende krefter i Y- og Z-retningene og isolerer således de elektriske ledere fra disse krefter.

Forhalingslinene 24 og 26 kan inneholde hydrauliske ledninger. Som det fremgår av fig. 2 er den første hydrauliske ledningen 28 plassert innenfor den første forhalingslinen 24 i midten av denne, og den andre hydrauliske ledningen 30 er plassert sentralt innenfor den andre forhalingslinen 26. Disse hydrauliske ledninger kan gi effekt eller signaler til hvilket som helst utstyr som befinner seg nede i hullet anvendt med en pumpe nede 1 hullet eller annet utstyr. De hydrauliske ledninger er også anbragt langs kabelens nøytrale akse. Med fordel er trådene i hvert vaierrep viklet rundt den hydrauliske ledningen for å gi ytterligere beskyttelse for denne.

De elektriske ledere 32, 34 og 36 er spiralviklet rundt hverandre og danner en tredelt elektrisk ledning for føring av effekt eller signaler gjennom kabelen. Hver av de elektriske lederne er dannet av en konvensjonell ledende kjerne omgitt egnet isolasjon. Selv om tre er vist, kan flere eller færre anvendes etter ønske. Som det fremgår av fig. 2 er de elektriske lederne plassert mellom nevnte første og andre korrugerte støtter 18 og 20 og er isolert fra forhalingslinene ved hjelp av disse støtter.

Det elastomere fyllmaterialet 38 er med fordel av gummi eller egnet polymert materiale og ikke bare fyller rommene innenfor hulrommet 60 som ikke ellers er opptatt, men låser også de forskjellige deler sammen for å hindre langsgående glipping av kabelkomponentene relativt hverandre, samt øker korrosjonsmotstanden og blokkeringen av gass-strømning langs kabelen.

Ettersom nevnte første og andre korrugerte støtter, de øvre og nedre kanaler samt armeringsbåndet er bøybare om Z-aksen, kan kabelen 10 med fordel vikles stramt rundt en trommel og derved lett deployeres via en vinsj. P.g.a. nevnte første og andre støtter, i kombinasjon med forhalingslinene, gir lastbæringsvegger som beskytter de elektriske lederne, kan kabelen vinsjes direkte på en trommel under høyt strekk uten at de resulterende sideveggbærekrefter sammenklemmer eller knuser kabelen, og kabelen vil også motstå tverrgående utvendige komprimerende krefter som utøves på den under bruk. Dessuten, ettersom vaierrepene mottas i de korrugerte støtter og kanalene, som er omsluttet i armeringslaget, vil utad eller innad radiell forskyvning av vaierrepenes tråder bli motvirket når de utsettes for langsgående komprimering.

Den modifiserte kabel 10' som er vist i fig. 5 er i alt vesentlig den samme som er vist i fig. 1-4. Imidlertid er den hydrauliske ledning 28' plassert langs den nøytrale aksen på kabelen og innenfor de tre elektriske lederne 32', 34' og 36'. I tillegg er midten av forhalingslinene 24' og 26' en vaiertråd i stedet for en hydraulisk ledning. De gjenværende deler av kabelen 10' er i alt vesentlig de samme som er vist i fig. 1-4 og omtalt ovenfor og er vist med de samme henvisningstallene med tillegg av et merke. Ved å plassere den hydrauliske ledningen 28' mellom nevnte første og andre korrigerte støtter og vekk fra forhalingslinene, utsettes den for mindre påkjenning.

Den modifiserte kabel 10" vist i fig. 6 er i alt vesentlig den samme som den som er vist i fig. 1-4. Imidlertid er de hydrauliske linene 28" og 30" ikke plassert innenfor forhalingslinene, men i stedet plassert mellom de korrigerte støtter for seg selv på motsatte sider av det sentralt plasserte sett av elektriske ledere 32", 34" og 36". De øvrige deler av kabelen 10" er i alt vesentlig de samme som de som er vist i fig. 1-4 og omtalt ovenfor og bærer de samme henvisningstall med tilføyelsen av et dobbeltmerke. Ved å tilveiebringe utformningen vist i fig. 6, blir de hydrauliske ledninger fullstendig isolert fra<*>forhalingslinene og de elektriske ledere slik at de ikke forstyrres av disse liner eller ledere. I alle tilfeller blir de hydrauliske ledninger fortsatt opprettholdt langs den nøytrale aksen for kabelen.

En ytterligere modifisert kabel 100 er vist i fig. 7-9 som ikke anvender de korrugerte støtter eller kanaler vist i fig. 1-6. I stedet omfatter kabelen 100 et tubulært armeringslag 102, en sentral stiv tubulær støtte 104, et par vaierrep 106 og 108, og en tredelt elektrisk leder 110.

Den tubulære støtten 104 omfatter et par innbyrdes tilpassede kanaler 112 og 114, som når de danner inngrep omfatter parallelle adskilte topp og bunn plane seksjoner 116 og 118 og parallelle, adskilte venstre og høyre konkave sideseksjoner 120 og 122. Topp og høyresideseksjonene kan dannes i ett til å omfatte kanalen 112, og bunn og venstresideseksjonene kan dannes i ett til å omfatte kanalen 114. Som det fremgår av fig. 7-9, danner den bøyde enden 124 av toppseksjonen 116 en tunge for mottakelse i en slisse 126 dannet den venstre konkave sideseksjonen, mens den bøyde enden 128 av bunnseksjonen 118 danner en tunge for mottakelse i slissen 130 dannet i den høyre konkave sideseksjonen. Den resulterende lukkede tubulære støtten eller kassen, er stiv på tvers langs Y- og Z-aksene, men bøybar om Z-aksen p.g.a. tverrgående slisser 132 dannet deri som det fremgår av fig. 7.

Den tubulære støtten definerer et kontinuerlig hulrom 134 deri for mottakelse av den elektriske lederen 110. Paret av vaierrep 106 og 108 har deler derav mottatt, respektive, i konkave sideseksjoner 122 av den tubulære delen. Med fordel blir halvparten av hvert vaierrep mottatt i de tilhørende konkave sideseksjoner til å gi ytterligere kompresjonsmotstand langs Y-aksen. Således blir vaierrepene fast adskilt fra hverandre ved hjelp av den tubulære støtten og har den elektriske lederen plassert mellom disse.

Armeringslaget 102 danner inngrep med og omslutter hele lengden av vaierrepene og den tubulære støtten, og påføres med fordel under strekk til å gi betydelig løkkestyrke. Elastomert fyllmateriale 136 fyller kabelen innenfor armeringsbåndet som ellers ikke er opptatt.

Således blir tverrgående kompremerende krefter som er rettet mot den elektriske lederen motvirkes av den stive, tubulære støtten, vaierrepene og armeringslaget. Dessuten, ettersom vaierrepene er omsluttet mellom armeringslaget og de to konkave seksjoner, blir utad radiell forskyvning av vaierrepenes tråder motvirket når repene utsettes for langsgående kompremering. I tillegg, ettersom ytterdiameteren av den tredelte elektriske leder 110, som det fremgår av fig. 8, er større enn ytterdiameteren D for vaierrepene, vil den totale kabel ha et høyt-styrke-forhold og er også kompakt. Dette er også vist i de tidligere utførelses-former som angitt i fig. 1-6. Likeledes er kabelen 100 bøybar om den tverrgående aksen Z, slik at kabelen kan vikles på en trommel.

Som det fremgår av fig. 7-9 er ingen hydraulisk ledning vist. Hvis det imidlertid ønskes, kan eller flere hydrauliske ledninger tilføyes som vist i fig. 2, 5 eller 6.

Selv om forskjellige fordelaktige utførelsesformer er blitt valg for å illustrere oppfinnelsen, vil det forstås av fagfolk at forskjellige endringer og modifikasjoner kan foretas i denne uten å avvike fra oppfinnelsens omfang som angitt i de vedlagte patentkrav.

Claims (10)

1. Kabel, karakterisert ved : et par avskilte vaierrep (24,26;106,108), hvor hvert vaierrep omfatter et flertall spiralviklede tråder eller kordeller, en elektrisk leder (32;110) plasser mellom nevnte par av vaierrep (24,26;

106,108), og middel (12,22;102,104) koplet til og omsluttende nevnte vaierrep (24,26;

106,108) og nevnte elektriske leder (32;110) for å holde nevnte vaierrep (24,26;106,108) i en fast avstand fra hverandre, motvirke utvendige sammentrykkende krefter rettet på tvers av nevnte elektriske leder (32,

110) langs i alt vesentlig hele lengden av nevnte elektriske leder (32, 110), og motstå radiell utadforskyvning av nevnte vaierreptråder/kordeller (24,26; 106,108) langs i alt vesentlig hele lengden av nevnte vaierrep (24,26;106,108) under langsgående komprimering av nevnte vaierrep, idet nevnte middel (12,22;102,104) er bøybart om en akse på tvers derav (44,132).

2. Kabel som angitt i krav 1, karakterisert ved at nevnte middel (12,22;102,104) omfatter et tubulært armeringsorgan (12,102).

3. Kabel som angitt i krav 1, karakterisert ved at nevnte middel (12,22;102,104) omfatter et par støtter, hvor hver støtte (18,20;120,122) mottar et av nevnte vaierrep (24,26;106,108) deri.

4. Kabel som angitt i krav 3, karakterisert ved at hver av nevnte støtter (18,20;120,122) er korrugert.

5. Kabel som angitt i krav 3, karakterisert ved at hver av nevnte støtter (18,20;120,122) har en passasje (64,68;106,108) som mottar et av nevnte vaierrep (24,26;106,108) deri.

Kabel som angitt i krav 1, karakterisert ved at nevnte middel (12,22;102,104) omfatter et par kanaler (14,16;112,114) som danner inngrep med hverandre.

7. Kabel som angitt i krav 6, karakterisert ved at nevnte middel (12,22;102,104) dessuten omfatter et par støtter (18,20;

120,122) som hver mottar et av nevnte vaierrep (24,26;106,108) deri og som er plassert mellom nevnte par av kanaler (14,16;112,114).

8. Kabel som angitt i krav 7, karakterisert ved at nevnte par av kanaler (14,16;112,114) omfatter fastholdingsorganer (52-59;124-130) som stivt danner inngrep med nevnte støtter (18,20;120,122).

9. Kabel som angitt i krav 7, karakterisert ved at nevnte middel (12,22;102,104) dessuten omfatter et tubulært armeringsorgan (22;102) som omslutter og danner inngrep med nevnte kanaler (14,16;112,114).

10. Kabel som angitt i krav 1, karakterisert ved at nevnte middel (12,22; 102,104) omfatter en på tvers forløpende stiv tubulær støtte (18,20;120,122) som danner inngrep med hvert av nevnte vaierrep (24,26;106,108).