ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ КАБЕЛЬ ДЛЯ ВЕРТИКАЛЬНЫХ ПРИМЕНЕНИЙ Российский патент 2021 года по МПК H01B7/17 

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к области электрических кабелей. В частности, настоящее раскрытие относится к электрическому кабелю для вертикальных применений, таких как шахтная добыча, нефтяные или газовые скважины, и т. п. Настоящее раскрытие также относится к способу для изготовления электрического кабеля для вертикальных применений.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Вертикальные применения, такие как шахтная добыча и нефтяные или газовые скважины предусматривают создание скважины путем бурения отверстия в земле с помощью буровой вышки. После того, как отверстие было пробурено, в отверстие помещают трубопровод, который обеспечивает структурную целостность только что пробуренной скважины.

В некоторых нефтяных или газовых скважинах, естественное давление подповерхностной нефти или газа достаточно высоко для течения текучей среды к поверхности по трубопроводу. В некоторых других случаях, наоборот необходимы насосы для извлечения текучей среды и обеспечения ее течения к поверхности. Электрические центробежные насосы (или кратко ЭЦН) представляют собой известный тип насосов, используемых для нефтяных или газовых скважин, которые сконструированы для погружения в скважину, для сообщения подповерхностной текучей среде искусственного давления, которое позволяет ей течь к поверхности.

Для подачи электроснабжения этому типу насосов (а также любому другому типу электроприборов, которые могут понадобиться на дне скважины, в зависимости от типа вертикального применения), известны электрические кабели для вертикальных применений.

Как сообщается на сайтах http://petrowiki.org/Electrical_submersible_pumps или http://petrowiki.org/ESP_power_cable, кабели электропитания ЭЦН представляют собой специально сконструированные трехфазные кабели электропитания, специально спроектированные для составов среды в скважинах. Конструкция кабеля должна иметь небольшой диаметр и быть защищенной от механического повреждения, а также стойкой к физическому и электрическому износу, вызванному агрессивными составами среды в скважинах. Кабели электропитания ЭЦН могут быть изготовлены с круглой, либо плоской конфигурацией, с использованием нескольких различных изоляционных и/или металлических армирующих материалов для различных неблагоприятных составов среды в скважинах. Обычно предполагается, что эти кабели будут иметь срок службы, по большей мере, 3 года.

Кабели электропитания ЭЦН обычно переносят переменный ток до 200А или более, в зависимости от требуемой мощности ЭЦН.

Электрический кабель для вертикальных применений может быть вертикально прикреплен к стенкам трубопровода, либо он может быть подвешен на поверхности и оставлен в свободно свисающем состоянии внутри скважины. В последнем случае, электрический кабель несет свой собственный вес, и в зависимости от типа вертикального применения также может нести дополнительный вес прибора, прикрепленного к его нижнему концу (например, электрического скважинного насоса).

В US 3,605,398 описан кабель с переменной массой и прочностью, содержащий круглый элемент сердечника, проходящий по длине кабеля, и концентрический слой, окружающий элемент сердечника и обладающий, как правило, однородной толщиной по всей длине кабеля. Такой концентрический слой имеет две продольные секции различной массы. Первая секция (концевая секция кабеля, находящаяся на корабле) содержит слой спирально намотанных армирующие проволок из оцинкованной стали и слой твердого полиэтилена, тогда как вторая секция (задняя концевая секция кабеля) содержит слой пенополиэтилена и слой твердого полиэтилена.

В US 2013/0122296 описан каротажный кабель, содержащий, по меньшей мере, один проводник энергии и, по меньшей мере, одно множество упрочняющих элементов на основе проволоки для армирования, сплетенных, по меньшей мере, вокруг одного проводника энергии, причем, по меньшей мере, одно множество упрочняющих элементов на основе проволоки для армирования имеет первую общую площадь поперечного сечения вблизи верхнего конца каротажного кабеля и, по меньшей мере, одну меньшую вторую общую площадь поперечного сечения вдали от верхнего конца. Упрочняющие элементы могут быть изготовлены из стального материала или из коррозионностойких материалов. В одном примерном варианте воплощения, материал покрытия прилипает к проволочным упрочняющим элементам, вследствие чего внешний диаметр материала покрытия становится по существу постоянным. Материал покрытия представляет собой полимерный материал. В другом варианте воплощения упрочняющим элементам придают определенную форму. Возможно любое количество форм, которые могут быть образованы для создания по существу гладкой скругленной внешней поверхности, сразу после сборки кабеля. Когда проволочные упрочняющие элементы сужены, поверх внешнего диаметра могут быть нанесены покрытия, аналогичные тем, которые были описаны ранее.

В WO 2016/062681 описана умбиликальная трубка, имеющая первый конец трубки, второй конец трубки и стенку трубки, задающую внутренний диаметр d и внешний диаметр D умбиликальной трубки. Площадь поперечного сечения стенки трубки, перпендикулярной к продольной оси умбиликальной трубки, снижается от первого конца трубки ко второму концу трубки. Умбиликальная трубка может состоять из секций, сваренных сварными швами. Каждая секция трубки может представлять собой бесшовную трубку из нержавеющей стали или может быть изготовлена из сварного материала трубки.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Заявитель отметил, что электрический кабель для вертикальных применений (такие как шахтная добыча или нефтяные или газовые скважины), пригодный для установки в свободно подвешенном состоянии, обладает сниженной массой, и в то же время высокий предел текучести. Как известно, предел текучести представляет собой напряжение при растяжении, при котором тело (в данном случае, кабель) начинает пластически деформироваться, а именно, деформироваться так, что, по меньшей мере, часть его деформации будет продолжаться необратимо, даже после снятия предела прочности на растяжение.

Это может позволить кабелю эффективно нести свою собственную массу и в случае наличия дополнительной массы любого прибора, прикрепленного к его нижнему концу (например, электрического скважинного насоса), избегая при этом нежелательного необратимого удлинения кабеля (и в частности, проводника кабеля), что может сделать кабель непригодным для повторного использования.

В дополнение, Заявитель отметил, что в вертикальных применениях, таких как шахтная добыча и газовые и нефтяные скважины, может возникнуть необходимость в эксплуатации электрических кабелей в присутствии текучих сред (в жидкой или в газообразной форме). Радиальное проникновение текучих сред, достигающее проводника кабеля, может оказывать разрушительное воздействие на функционирование кабеля.

В дополнение, особенно когда вертикальный кабель используют в газовых и нефтяных скважинах, его эксплуатация может проходить в агрессивных средах, в которых обычно находятся коррозионно-активные текучие среды, такие как кислоты, серосодержащие соединения, углеводороды, и т.д., - наряду с высокой температурой (до 200°C или более) и давлением (до 300 бар или более).

Таким образом, электрический кабель для вертикальных применений проектируют не только с обеспечением препятствия против механического проникновения текучих сред, но также и с обеспечением стойкости к воздействию коррозионно-активных текучих сред, для гарантии защиты сердечника кабеля (а следовательно, и надлежащей эксплуатации кабеля) в течение, как можно более длительного времени, например, периода 2-10 лет.

Таким образом, Заявитель обратился к проблеме обеспечения электрического кабеля для вертикальных применений, который имеет сниженную общую массу, высокий предел текучести, и который в то же время пригоден для эксплуатации в течение длительного времени (2-10 лет) в присутствии текучих сред, возможно даже тогда, когда текучие среды химически агрессивные.

Теории согласно уровню техники не дают решения вышеуказанных проблем. В US 3,605,398 и US 2013/0122296 показаны кабели, имеющие самый внешний элемент, изготовленный из полимерного материала, который во многих случаях непригоден для сопротивления коррозионным воздействиям, особенно в течение длительного времени. Более того, металлически прочные слои по US 3,605,398 и US 2013/0122296 изготовлены из нескольких проволок, которые не могут действовать в качестве непроницаемого барьера от текучих сред, особенно под давлением, даже когда им придана такая форма, чтобы они имели по существу гладкую внешнюю поверхность. С другой стороны, трубка, изготовленная из сварной секции, как показано в WO 2016/062681, непригодна для многих вертикальных применений, особенно в нефтяных или газовых скважинах, поскольку периферийные сварные швы менее стойки к растяжению при протягивании, чем исходный материал.

Заявитель обнаружил, что вышеуказанные проблемы решаются за счет электрического кабеля, содержащего сердечник, имеющий длину L, оболочку, окружающую сердечник и проходящую по всей длине L, и армирующую обшивку, окружающую оболочку и находящуюся с ней в непосредственном контакте. Армирующая обшивка изготовлена из концентрических слоев, содержащих первый слой, проходящий продольно от первого конца кабеля (ближнего или верхнего конца кабеля, находящегося в эксплуатации) ко второму концу кабеля (к дальнему или нижнему концу кабеля, находящемуся в эксплуатации) по существу вдоль всей длины L. Армирующая обшивка также содержит, по меньшей мере, один дополнительный слой, проходящий продольно от первого конца кабеля ко второму концу кабеля на более короткую длину, чем L. По меньшей мере, первый слой армирующей обшивки представляет собой замкнутую по периферии металлическую трубку.

В целях настоящего описания и формула изобретения, as «замкнутая по периферии металлическая трубка» понимают металлическую трубку, имеющую непрерывную стенка без разрывов.

Поскольку некоторые из слоев армирующей обшивки обладают длинами, начиная от верхнего конца кабеля, более короткими, чем общая длина сердечника, кабель согласно настоящему раскрытию выгодно удлинен на его нижнем конце, притом, что непрерывная структура, по меньшей мере, одного слоя армирующей обшивки позволяет сохранять предел текучести кабеля.

Кроме того, поскольку, по меньшей мере, первый слой армирующей обшивки присутствует в форме замкнутой по периферии металлической трубки, армирующая обшивка по существу является непроницаемой для текучих сред и обеспечивает герметизацию против проникновения текучих сред, даже под давлением, из среды, окружающей кабель. Это позволяет кабелю функционировать в течение длительного времени (обычно 2-10 лет) даже в присутствии текучей среды под давлением.

Поэтому, согласно первому аспекту настоящее раскрытие обеспечивает электрический кабель для вертикальных применений, содержащий:

- сердечник, имеющий первую длину;

- оболочку, окружающую сердечник и проходящую по существу по всей первой длине сердечника; и

- армирующую обшивку, окружающую и находящуюся в непосредственном контакте с оболочкой, причем армирующую обшивку изготавливают из концентрических слоев, содержащих:

- первый слой, проходящий продольно от первого конца кабеля ко второму концу кабеля и имеющий вторую длину, по существу равную первой длине; и

- по меньшей мере, один дополнительный слой, проходящий продольно от первого конца кабеля ко второму концу кабеля, на третью длину, более короткую, чем первая длина,

причем, по меньшей мере, первый слой представляет собой замкнутую по периферии металлическую трубку.

В настоящем описании и формуле изобретения, первый конец кабеля также будет называться «более высоким концом кабеля» или «верхним концом кабеля», тогда как второй конец кабеля также будет называться «нижним концом кабеля». Под термином «более высокий», «верхний» и «нижний» понимают относительное расположение концов кабеля, как предполагается для развертывания.

Сердечник кабеля по настоящему описанию содержит, по меньшей мере, один проводник, изготовленный из металла, такого как меди или алюминия, покрытого системой изоляции. Система изоляции содержит электроизолирующий слой, как правило, изготовленный из полимера, для обеспечения изолированного электрического проводника. Например, изолированный электрический проводник может представлять собой проводник среднего напряжения (medium voltage, MV) (4-35кВ). В таком случае, система изоляции также может содержать внутренний полупроводящий слой, вставленный между проводником и изолирующим слоем, и внешний полупроводящий слой, окружающий электроизолирующий слой. Внутренний и внешний полупроводящие слои, как правило, изготавливают из полимера, наполненного проводящим наполнителем, таким как углеродная сажа. Система изоляции может содержать металлический экран, окружающий внешний полупроводящий слой.

В дополнение, сердечник кабеля может содержать необязательные элементы кабеля, такие как:

- одно или более оптических волокон для передачи сигнала или данных между нижним концом и верхним концом кабеля и наоборот; и/или

- одна или более скрученных пар медных проводников для управления электрическим прибором; и/или

- один или более трубок давления (например, трубок из нержавеющей стали) для транспортировки текучих сред, таких как гидравлические текучие среды, вода или текучие среды для снижения вязкости нефти.

В варианте воплощения, по меньшей мере, один из первого слоя и, по меньшей мере, одного дополнительного слоя армирующей обшивки изготовлен из коррозионностойкого металлического сплава. В частности, по меньшей мере, первый слой армирующей обшивки изготовлен из коррозионностойкого металлического сплава.

В настоящем описании и формуле изобретения, под «коррозионностойким металлическим сплавом» понимают металлический сплав, стойкий к растрескиванию при заданных условиях окружающей среды. Например, NACE MR0175/ISO 15156-1:2001(E) дает указания о металлических сплавах, стойких к растрескиванию в заданных H₂S-содержащих средах в нефтегазовой промышленности. Коррозионностойкие металлические сплавы, пригодные для слоев по изобретению, представляют собой никельсодержащие сплавы, такие как Incoloy^®, Hastelloy^®, Inconel^® и Monel^®.

Присутствие в армирующей обшивке, по меньшей мере, одного слоя в форме замкнутой по периферии трубки, изготовленной из коррозионностойкого металлического сплава, позволяет эксплуатировать кабель в течение длительного времени (2-10 лет) в агрессивных средах, в которых обнаружены коррозионные текучие среды. Замкнутая по периферии трубка из антикоррозионного материала, несомненно, способна выдерживать воздействие таких веществ в течение длительного времени, а следовательно, она эффективно защищает заключенные в нее элементы кабеля (включая изолированный электрический проводник (проводники)), по меньшей мере, вдоль длины кабеля, помещенного на дно скважины. Такое защитное воздействие на проводник (проводники) выгодно усиливается при наличии непрерывной структуры другого слоя (слоев) армирующей обшивки.

В варианте воплощения, оболочка кабеля по настоящему раскрытию представляет собой полимерную оболочку.

В варианте воплощения, армирующая обшивка представляет собой самый внешний элемент электрического кабеля,

В варианте воплощения, все слои армирующей обшивки представляют собой замкнутые по периферии металлические трубки.

В варианте воплощения, кабель по настоящему раскрытию содержит армирующую обшивку, где первый слой представляет собой самый внешний элемент, а оболочка изготовлена из вспененного полимерного материала и обладает толщиной, возрастающей от первого конца кабеля ко второму концу кабеля.

В альтернативном варианте воплощения, кабель по настоящему раскрытию содержит армирующую обшивку, где первый слой представляет собой самый внешний элемент, а оболочка изготовлена из не вспененного полимерного материала и обладает по существу постоянной толщиной от первого конца кабеля ко второму концу кабеля.

В варианте воплощения, кабель по настоящему раскрытию содержит армирующую обшивку, где первый слой представляет собой самый внешний элемент, и покрытие, вставленное между оболочкой и первым слоем вдоль участка кабеля от конечной части дополнительных слоев до второго конца кабеля.

В варианте воплощения, покрытие кабеля по раскрытию изготовлено из полимерного материала, например не вспененного полимерного материала.

В варианте воплощения, кабель по настоящему раскрытию содержит армирующую обшивку, где первый слой представляет собой самый внутренний слой.

В варианте воплощения, кабель по настоящему раскрытию содержит армирующую обшивку, содержащую, по меньшей мере, два дополнительных слоя, причем вторая длина одного дополнительного слоя короче, чем вторая длина радиально внешнего дополнительного слоя.

В альтернативном варианте воплощения, кабель по настоящему раскрытию содержит армирующую обшивку, содержащую, по меньшей мере, два дополнительных слоя, причем вторая длина одного дополнительного слоя короче, чем вторая длина радиально внутреннего дополнительного слоя.

Согласно второму аспекту настоящее раскрытие относится к способу для изготовления электрического кабеля, содержащего сердечник, оболочку и армирующую обшивку в качестве самого внешнего элемента, причем армирующая обшивка содержит концентрические металлические слои, в которых, по меньшей мере, один слой обеспечен вокруг сердечника кабеля, начиная от непрерывной металлической ленты с продольными кромками, причем лента складывается продольно, а продольные кромки сваривают друг с другом, с обеспечением слоя в форме трубки.

В варианте воплощения, полученная трубка имеет внутренний диаметр, больший, чем внешний диаметр нижележащего слоя (который может представлять собой оболочку, один из слоев армирующей обшивки или покрытие), так, чтобы сварка не вызывала никакого потенциального ущерба для нижележащего слоя. После сварки, трубку стягивают на нижележащий слой так, чтобы был получен непосредственный контакт. Сила вытягивания должна быть такой, чтобы была обеспечена механическая согласованность между двумя контактирующими слоями (или между слоем и оболочкой). В настоящей работе, «механическая согласованность» означает, что слои армирующей обшивки по существу целиком несут на себе удлинение при растяжении.

В целях настоящего описания и прилагаемой формулы изобретения, если не указано иное, все числа, выражающие величины, количества, процентные содержания, и т.д., следует понимать как изменяемые во всех случаях в соответствии с термином «примерно». Также, все диапазоны включают в себя любое сочетание раскрытых максимальных и минимальных точек и включают в себя любые включенные в них промежуточные диапазоны, которые в настоящей работе могут быть специально пронумерованы или не пронумерованы.

В целях настоящего описания и прилагаемой формулы изобретения, для описания элементов и компонентов изобретения используются формы единственного числа. Это делается лишь для удобства и для предоставления общего смысла изобретения. В данном описании и формуле изобретения формы единственного числа следует читать как включающие в себя единицу или, по меньшей мере, единицу, а единичная форма также включает в себя множественное число, пока не станет очевидным, что под этим понимается иное.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Настоящее раскрытие станет полностью понятным после прочтения следующего подробного описания, приведенного в качестве примера, а не ограничения, со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

- Фигура 1 представляет собой продольный разрез электрического кабеля для вертикальных применений согласно первому варианту воплощения настоящего раскрытия;

- Фигуры 2.1, 2.2 и 2,3 представляют собой поперечные разрезы электрического кабеля по Фигуре 1 при различных промежуточных положениях кабеля;

- Фигура 3 представляет собой продольный разрез электрического кабеля для вертикальных применений согласно второму варианту воплощения настоящего раскрытия;

- Фигуры 4.1, 4.2 и 4.3 представляют собой поперечные разрезы электрического кабеля по Фигуре 3 при различных промежуточных положениях кабеля;

- Фигура 5 представляет собой продольный разрез электрического кабеля для вертикальных применений согласно третьему варианту воплощения настоящего раскрытия;

- Фигуры 6.1, 6.2 и 6.3 представляют собой поперечные разрезы электрического кабеля по Фигуре 5 при различных промежуточных положениях кабеля;

- Фигура 7 представляет собой продольный разрез электрического кабеля для вертикальных применений согласно четвертому варианту воплощения настоящего раскрытия; и

- Фигуры 8.1, 8.2 и 8.3 представляют собой поперечные разрезы электрического кабеля по Фигуре 7 при различных промежуточных положениях кабеля; и

- Фигура 9 относится к системе ЭСН, где может функционировать кабель по изобретению.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

Фигура 9 показывает пример применения вертикального кабеля согласно настоящему раскрытию в конкретной типичной конструкции системе ЭСН, в которой показана скважина, имеющая кожух 11 и систему ЭСН 10, обеспеченную внутри него.

Система ЭСН 10 прикреплена к нижнему концу вертикального кабеля 12 и содержит электрический скважинный насос (ЭСН) 15 (также известный как внутрискважинный насос, ВСН). ЭСН 15 оперативно соединяется с электродвигатель 17, предпо существутельно, через предохранительный элемент 19, который предохраняет электродвигатель 17 от попадания в него текучих сред скважины. Электродвигатель 17 обычно представляет собой трехфазный электродвигатель переменного тока (AC), сконструированный для функционирования при напряжениях, как правило, в диапазоне примерно 3-5 кВ, но системы ЭСН могут функционировать и при более высоком напряжении, например, в зависимости от глубины и/или теплоты скважины, как разъясняется в дальнейшем.

Электропитание подают к электродвигателю 17 от системы электропитания и управления (electric supply and regulation system, ESRS) 16 (на поверхности), через кабель 12 электропитания. ESRS 16 подает более высокое напряжение, чем напряжение, требуемое для электродвигателя 17, для компенсации падения напряжения в кабеле электропитания, которое может быть значительным в глубоко расположенных установках (например, на глубине более 1,5 км), что требует наличия длинных кабелей электропитания.

На Фигуре 1 и Фигурах 2.1, 2.2 и 2.3 показан электрический 1 кабель для вертикальных применений согласно первому варианту воплощения настоящего раскрытия.

Электрический 1 кабель имеет первый конец E1, пригодный для использования в качестве ближнего конца или верхнего конца кабеля 1 в ходе эксплуатации кабеля при вертикальном применении (например, в газовой или нефтяной скважине), и второй конец E2, пригодный для использования в качестве дальнего конца или нижнего конца кабеля 1 в ходе эксплуатации кабеля при вертикальном применении. В ходе эксплуатации, в частности, электрический 1 кабель подвешивают на поверхности земли за его верхний конец E1 и оставляют в свободно подвешенном состоянии, например, в скважине. Электрический прибор (например, электрический насос, такой как ЭСН, не показанный на чертежах) может быть прикреплен к нижнему концу E2 электрического кабеля 1. Поэтому, в ходе эксплуатации, электрический 1 кабель имеет, как механическую функцию, - а именно, перенос массы этого электрического прибора, так и электрическую функцию, - а именно, обеспечение подачу электроэнергии на электрический прибор.

Электрический 1 кабель содержит сердечник 2, имеющий длину L. Длина электрического 1 кабеля может составлять 1-15 км, а длина L составляет по существу столько же.

Сердечник 2 может содержать более одного электрического проводника, покрытого системой изоляции. Например, сердечник 2 может содержать три электрических 2a проводника, каждый из которых покрыт системой 2b изоляции (схематически представленной на Фигурах), для подачи трехфазного тока на электрический прибор, прикрепленный к нижнему концу E2 кабеля 1. Три электрических 2a проводника могут представлять собой проводник среднего напряжения (medium voltage, MV) (4-35кВ). Сердечник 2 может содержать необязательные элементы кабеля, как было упомянуто выше.

Электрический 1 кабель также содержит оболочку 4, окружающую сердечник 2 (и любой необязательный элемент кабеля, если таковой имеется). Оболочка 4 проходит по существу по всей длине сердечника L. Оболочка 4 может быть изготовлена из полимерного материала. Полимерный материал оболочки 4 изготавливают из сжимаемого полимерного материала, например термопластического эластомерного материала. В частности, в варианте воплощения по Фигуре 1 и Фигурам 2.1, 2.2 и 2.3, полимерный материал оболочки 4 представляет собой вспененный полимерный материал, например, полученный из термопластического эластомерного материала, смешанного с пенообразователем, таким как азодикарбонамид, азобисизобутиронитрил и диазоаминобензол.

Электрический 1 кабель также содержит армирующую обшивку 3, установленную для формирования самого внешнего элемента кабеля 1.

В варианте воплощения по Фигуре 1 и Фигурам 2.1, 2.2 и 2.3, армирующая обшивка 3 содержит первый слой 3(1), который может быть изготовлен из коррозионностойкого металлического сплава. Коррозионностойкий металлический сплав первого слоя 3(1) может представлять собой сплав Incoloy^®, такой как Incoloy^® 825. В качестве альтернативы, первый слой 3(1) может быть изготовлен из металла, обладающего более низкой коррозионной стойкостью, такой как нержавеющая сталь, например, нержавеющая сталь 316L.

В варианте воплощения, первый слой 3(1) продольно проходит по существу по всей длине проводника L, а именно, его длина L1 по существу равна L.

В первом варианте воплощения, армирующая обшивка 3 содержит два дополнительных слоя 3(2), 3(3), которые также будут называться вторым 3(2) слоем и третьим 3(3) слоем.

Дополнительные слои 3(2), 3(3) проходят продольно, начиная от верхнего конца E1 кабеля, к нижнему концу E2 кабеля на соответствующую длину L2, L3, более короткую, чем длина проводника L. В свою очередь, длина L2 второго слоя 3(2) будет больше, чем длина L3 третьего слоя 3(3) .

Дополнительные слои 3(2), 3(3) могут быть изготовлены из коррозионностойкого металлического сплава, как и первый слой 3(1). В качестве альтернативы, дополнительные слои 3(2), 3(3) могут быть изготовлены из другого металлического материала, обладающего более низкой коррозионной стойкостью, чем материал первого слоя 3(1). Например, дополнительные слои 3(2), 3(3) могут быть изготовлены из нержавеющей стали, например, нержавеющей стали 316L.

Выбор металла для слоев 3(1), 3(2), 3(3) армирующей обшивки 3 осуществляют с учетом целевого применения кабеля. Там, где предполагается коррозионная среда (такая как, например, в газовой или нефтяной скважине), по меньшей мере, первый слой 3(1)делают из коррозионностойкого металлического сплава. Такой выбор также учитывает тот факт, что коррозионностойкие металлические сплавы, как правило, бывают более дорогостоящими, чем, например, нержавеющая сталь.

Согласно первому варианту воплощения, показанному на Фигуре 1 и Фигурам 2.1, 2.2 и 2.3, первый слой 3(1)представляет собой самый внешний элемент армирующей обшивки 3, тогда как дополнительные слои 3(2), 3(3) представляют собой внутренние слои армирующей обшивки 3, а именно, их вставляют между оболочкой 4 и первым слоем 3(1).

В частности, второй слой 3(2) прилегает изнутри и находится в непосредственном контакте с первым слоем 3(1) и проходит от верхнего конца E1 кабеля к нижнему концу E2 кабеля на длину L2, более короткую, чем L1=L. Третий 3(3) слой, в свою очередь, вставляют между и в непосредственном контакте с оболочкой 4 и со вторым 3(2) слоем, и он проходит от верхнего конца E1 кабеля к нижнему концу E2 кабеля на длину L3, более короткую, чем L1=L, а также более короткую, чем L2. Таким образом, металлический участок кабеля уменьшается вдоль длины кабеля от верхнего конца E1 к нижнему концу E2, что делает кабель более легким вдоль одного и того же направления.

Кроме того, согласно первому варианту воплощения, первый слой 3(1) имеет внешний диаметр, который является постоянным вдоль всей его длины L1. Этот постоянный внешний диаметр соответствует внешнему диаметру всего кабеля 1, а предпо существутельно, составляет 25-50 мм.

Как первый слой 3(1), так и дополнительные слои 3(2), 3(3) армирующей обшивки 3 представляют собой замкнутые по периферии металлические трубки. Каждая замкнутая по периферии металлическая трубка может обладать однородной толщиной, которая предпо существутельно составляет 1-2 мм.

В частности, каждый слой 3(1), 3(2), 3(3) армирующей обшивки 3 может быть получен из непрерывной металлической ленты, которую при изготовлении кабеля 1 продольно складывают и сваривают. Таким образом, каждый слой 3(1), 3(2), 3(3) является непроницаемым для текучей среды, а именно, он обеспечивает герметизацию от проникновения текучих сред из среды, окружающей кабель 1.

В частности, при изготовлении кабеля 1, третий 3(3) слой сначала получают путем продольного складывания и сварки первой металлической ленты (например, из нержавеющей стали) непосредственно вокруг оболочки 4. Третий 3(3) слой затем вытягивают на оболочке 4 так, чтобы на длине L3 он до определенной степени стягивал сжимаемый полимерный материал оболочки 4.

Затем, второй слой 3(2) получают путем продольного складывания и сварки второй металлической ленты (например, из нержавеющей стали) вокруг третьего слоя 3(3) и оболочки 4. Второй слой 3(2) вытягивают по поверхности третьего слоя 3(3) и оболочки 4 так, чтобы на длине L2-L3 он сжимал сжимаемый полимерный материал оболочки 4, - в определенной степени, более низкой, чем усилие, оказываемое третьим 3(3) слоем.

Наконец, первый слой 3(1)получают путем продольного складывания и сварки третьей металлической ленты (в случае, когда лента изготовлена из коррозионностойкого металлического сплава) вокруг второго слоя 3(2) и оболочки 4. Первый слой 3(1)вытягивают по поверхности второго слоя 3(2) и оболочки 4 так, чтобы на длине L1-L2 он мог сжимать сжимаемый полимерный материал оболочки 4 до определенной степени, более низкой, чем усилие, оказываемое вторым слоем 3(2). В случае первого слоя 3(1), сжатие, воздействующее на полимерный материал оболочки 4, также может быть по существу нулевым.

Следовательно, согласно этому первому варианту воплощения, при продвижении от верхнего конца E1 кабеля к нижнему концу E2 кабеля, внешний диаметр армирующей обшивки 3 (и, следовательно, всего кабеля 1) является по существу постоянным, и в то же время, его толщина демонстрирует скачкообразное снижение в радиально внутреннем направлении, что вызывает соответствующее скачкообразное повышение толщины оболочки 4 в радиально внешнем направлении.

Поскольку дополнительные слои 3(2), 3(3) не проходят по всей длине проводника L, электрический 1 кабель успешно облегчается, особенно на его нижнем конце E2, тогда как непрерывная структура всех слоев 3(1), 3(2), 3(3) армирующей обшивки 3 позволяет сохранять предел текучести кабеля 1.

Кроме того, поскольку все слои 3(1), 3(2), 3(3) армирующей обшивки 3 находятся в форме замкнутых по периферии металлических трубок, они по существу являются непроницаемыми для текучей среды и обеспечивают герметизацию от проникновения текучих сред из среды, окружающей кабель 1. Это, в сочетании с коррозионностойким металлическим сплавом первого слоя 3(1), позволяет эксплуатировать кабель 1 в течение длительного времени (2-10 лет) в агрессивных средах, в которых обнаружены коррозионные текучие среды. Замкнутая по периферии трубка коррозионностойкого металлического сплава первого слоя 3(1), несомненно, способна выдерживать воздействие таких веществ в течение длительного времени, а следовательно, она эффективно защищает заключенные в нее элементы кабеля (включая оболочку 4 и сердечник 2) по всей длине кабеля L.

На Фигуре 3 и Фигурах 4.1, 4,2 и 4.3 показан электрический 1’ кабель для вертикальных применений согласно второму варианту воплощения настоящего раскрытия.

Электрический 1’ кабель согласно второму варианту воплощения содержит сердечник 2, аналогичный сердечнику кабеля 1 по первому варианту воплощения.

Электрический 1’ кабель согласно второму варианту воплощения также содержит оболочку 4, которая проходит по всей длине проводника L. В настоящем варианте воплощения, оболочка 4 изготовлена из не вспененного полимерного материала.

Электрический 1’ кабель также содержит армирующую обшивку 3, установленную для образования самого внешнего элемента кабеля 1.

Армирующая обшивка 3 кабеля 1' содержит первый слой 3(1), который продольно проходит по существу по всей длине проводника L, а именно, его длина L1 по существу равна L.

Во втором варианте воплощения, первый слой 3(1) изготавливают, например, из коррозионностойкого металлического сплава. Примерный коррозионностойкий металлический сплав для первого слоя 3(1) был описан выше со ссылкой на первый вариант воплощения.

В настоящем варианте воплощения, армирующая обшивка 3 также содержит два дополнительных слоя 3(2), 3(3), которые продольно проходят от верхнего конца E1 кабеля до нижнего конца E2 кабеля на соответствующую длину L2, L3, более короткую, чем длина проводника L. В свою очередь, длина L2 вторых 3(2) слоев больше, чем длина L3 вторых 3(3) слоев.

Примерные металлические материалы для слоев 3(2), 3(3) были описаны выше со ссылкой на первый вариант воплощения.

Что касается выбора металла для слоев 3(1), 3(2), 3(3) армирующей обшивки 3, здесь применимы те же соображения, что были сделаны выше применительно к первому варианту воплощения.

Согласно второму варианту воплощения первый слой 3(1) представляет собой самый внешний элемент армирующей обшивки 3, тогда как дополнительные слои 3(2), 3(3) представляют собой внутренние слои армирующей обшивки 3, вставляемые между оболочкой 4 и первым слоем 3(1).

В частности, второй слой 3(2) прилегает изнутри и находится в непосредственном контакте с первым слоем 3(1) и проходит от верхнего конца E1 кабеля к нижнему концу E2 кабеля на длину L2, более короткую, чем L1=L. Третий 3(3) слой, в свою очередь, вставлен между оболочкой 4 и вторым 3(2) слоем и проходит от верхнего конца E1 кабеля к нижнему концу E2 кабеля на длину L3, более короткую, чем L1=L, а также более короткую, чем L2.

Как первый слой 3(1), так и дополнительные слои 3(2), 3(3) армирующей обшивки 3 представляют собой замкнутые по периферии металлические трубки, каждая из которых имеет толщину 1-2 мм. Каждый слой 3(1), 3(2), 3(3) может быть получен из непрерывной металлической ленты, которую при изготовлении кабеля 1 продольно складывают и сваривают так, чтобы каждый слой 3(1), 3(2), 3(3) был непроницаемым для текучей среды.

В частности, при изготовлении кабеля 1', третий 3(3) слой сначала получают путем продольного складывания и сварки первой металлической ленты (например, из нержавеющей стали) непосредственно вокруг оболочки 4. Третий 3(3) слой вытягивают по поверхности оболочки 4 так, чтобы на длине L3 он находился в непосредственном контакте с полимерным материалом оболочки 4.

Затем, второй слой 3(2) получают путем продольного складывания и сварки второй металлической ленты (например, из нержавеющей стали) вокруг третьего слоя 3(3) и оболочки 4. Второй слой 3(2) вытягивают по поверхности третьего слоя 3(3) и оболочки 4 так, чтобы он находился в контакте с третьим 3(3) слоем на длине L3, а на длине L2-L3 чтобы он находился в контакте с полимерным материалом оболочки 4. При вытягивании, второй слой 3(2) оказывает давление на конечную часть третьего слоя 3(3) в направлении нижнего конца E2 кабеля так, чтобы эта конечная часть сжималась с сужением.

Наконец, первый слой 3(1) получают путем продольного складывания и сварки третьей металлической ленты (в частности, ленты из коррозионностойкого металлического сплава) вокруг второго слоя 3(2) и оболочки 4. Первый слой 3(1) вытягивают по поверхности второго слоя 3(2) и оболочки 4 так, чтобы он находился в контакте со вторым 3(2) слоем на длине L2, и чтобы на длине L1-L2 он находился в контакте с полимерным материалом оболочки 4. При вытягивании, первый слой 3(1)оказывает давление на конечную часть второго слоя 3(2) в направлении нижнего конца E2 кабеля так, чтобы эта конечная часть сжималась с сужением.

Следовательно, согласно этому второму варианту воплощения при продвижении от верхнего конца E1 кабеля к нижнему концу E2 кабеля, толщина армирующей обшивки 3 демонстрирует скачкообразное снижение, а внешний диаметр всего кабеля 1' соответственно снижается скачкообразно.

Электрический 1’ кабель согласно второму варианту воплощения демонстрирует те же преимущества, что и кабель 1 согласно первому варианту воплощения, а именно: сниженную массу, особенно на нижнем конце кабеля, высокий предел текучести и способность к функционированию в течение длительного времени (2-10 лет) в агрессивных средах, в которых обнаружены коррозионные текучие среды, такие как кислоты, углеводороды и другие вещества, обычно присутствующие в газовых и нефтяных скважинах.

На Фигуре 5 и Фигурах 6.1, 6,2 и 6.3 показан электрический 1 кабель для вертикальных применений согласно третьему варианту воплощения настоящего раскрытия.

электрический 1 кабель согласно третьему варианту воплощения содержит сердечник 2, аналогичный сердечнику кабеля 1 по первому варианту воплощения.

Электрический 1 кабель согласно третьему варианту воплощения также содержит оболочку 4, которая проходит по всей длине проводника L. В настоящем варианте воплощения, оболочка 4 изготовлена из не вспененного и по существу несжимаемого полимерного материала.

Электрический 1 кабель также содержит армирующую обшивку 3, установленную для образования самого внешнего элемента кабеля 1.

Армирующая обшивка 3 кабеля 1 содержит первый слой 3(1), который продольно проходит по существу по всей длине проводника L, а именно, его длина L1 по существу равна L.

Коррозионностойкий металлический сплав первого слоя 3(1) может представлять собой сплав Incoloy^®, такой как Incoloy^® 825. В качестве альтернативы, первый слой 3(1)может быть изготовлен из металла, обладающего более низкой коррозионной стойкостью, такого как нержавеющая сталь, например, нержавеющая сталь 316L.

В настоящем варианте воплощения, армирующая обшивка 3 также содержит два дополнительных слоя 3(2), 3(3), которые также будут называться вторым 3(2) слоем и третьим 3(3) слоем.

Дополнительные слои 3(2), 3(3) продольно проходят от верхнего конца E1 кабеля к нижнему концу E2 кабеля на соответствующую длину L2, L3, более короткую, чем длина проводника L. В свою очередь, длина L2 вторых 3(2) слоев будет больше, чем длина L3 вторых 3(3) слоев.

Примерные металлические материалы для слоев 3(2), 3(3) были описан выше со ссылкой на первый вариант воплощения.

Также для настоящего варианта воплощения, выбор металла для слоев 3(1), 3(2), 3(3) армирующей обшивки 3 происходит в соответствии с теми же соображениями, что были сделаны выше применительно к первому варианту воплощения. В частности, там, где предполагается коррозионная среда (такая как, например, в газовой или нефтяной скважине), по меньшей мере, первый слой 3(1) и второй слой 3(2) делают из коррозионностойкого металлического сплава, тогда как третий 3(3) слой может быть изготовлен из металла, обладающего более низкой коррозионной стойкостью, поскольку его длина ограничена глубиной скважины, где коррозионные текучие среды отсутствуют, или они имеются в пренебрежимо малом количестве.

Согласно третьему варианту воплощения первый слой 3(1) представляет собой самый внутренний слой армирующей обшивки 3, тогда как дополнительные слои 3(2), 3(3) представляют собой внешние слои армирующей обшивки 3, и они расположены вокруг первого 3(1) слоя.

В частности, второй слой 3(2) прилегает снаружи и находится в непосредственном контакте с первым 3(1) слоем и проходит от верхнего конца E1 кабеля к нижнему концу E2 кабеля на длину L2, более короткую, чем L1=L. Третий 3(3) слой, в свою очередь, прилегает снаружи и находится в непосредственном контакте со вторым 3(2) слоем и проходит от верхнего конца E1 кабеля к нижнему концу E2 кабеля на длину L3, более короткую, чем L1=L и чем L2.

Как первый слой 3(1) , так и дополнительные слои 3(2), 3(3) армирующей обшивки 3 представляют собой замкнутые по периферии металлические трубки, каждая из которых имеет толщину 1-2 мм. Каждый слой 3(1), 3(2), 3(3) может быть получен из непрерывной металлической ленты, которую при изготовлении кабеля 1 продольно складывают и сваривают так, чтобы каждый слой 3(1), 3(2), 3(3) был непроницаемым для текучей среды.

В частности, при изготовлении кабеля 1, первый слой 3(1) сначала получают путем продольного складывания и сварки первой металлической ленты (например, ленты из коррозионностойкого металлического сплава) непосредственно вокруг оболочки 4. Первый слой 3(1) затем вытягивают на оболочке 4 так, чтобы он находился в контакте с полимерным материалом оболочки 4 по существу по всей его длине L.

Затем, второй слой 3(2) получают путем продольного складывания и сварки второй металлической ленты (например, ленты из коррозионностойкого металлического сплава) вокруг первого 3(1) слоя. Второй слой 3(2) вытягивают по поверхности первого 3(1) слоя так, чтобы он находился в непосредственном контакте с первым 3(1) слоем на длине L2.

Наконец, третий 3(3) слой получают путем продольного складывания и сварки третьей металлической ленты (например, ленты из нержавеющей стали) вокруг второго слоя 3(2) . Третий 3(3) слой вытягивают по поверхности второго слоя 3(2) так, чтобы он находился в контакте со вторым 3(2) слоем на длине L3.

Следовательно, согласно третьему варианту воплощения при продвижении от верхнего конца E1 кабеля к нижнему концу E2 кабеля, толщина и внешний диаметр армирующей обшивки 3 демонстрирует скачкообразное снижение, что приводит, соответственно, к скачкообразному снижению внешнего диаметра всего кабеля 1.

Электрический 1 кабель согласно третьему варианту воплощения демонстрирует те же преимущества, что и кабель 1 согласно первому варианту воплощения, а именно: сниженную массу, особенно на нижнем конце кабеля, высокий предел текучести и способность к функционированию в течение длительного времени (2-10 лет) также в агрессивных средах, в которых обнаружены коррозионные текучие среды, такие как кислоты, углеводороды и другие вещества, обычно присутствующие в газовых и нефтяных скважинах.

На Фигуре 7 и Фигурах 8.1, 8.2 и 8.3 показан электрический 1’ кабель для вертикальных применений согласно четвертому варианту воплощения настоящего раскрытия.

Электрический 1’ кабель согласно четвертому варианту воплощения отличается от кабеля 1 согласно первому варианту воплощения в том, что длина L3 третьего слоя 3(3) армирующей обшивки 3 больше, чем длина L2 второго слоя 3(2) армирующей обшивки 3, и в том, что покрытие 5 вставлено между оболочкой 4 и первым 3(1) слоем вдоль участка кабеля от конечных частей дополнительных слоев 3(2) и 3(3) до нижнего конца E2 кабеля. Такое покрытие 5 содержит ступень 5a внутреннего покрытия длины L1-L3, которая проходит от конечных частей третьего слоя 3(3) до нижнего конца E2 кабеля, и ступень 5b внешнего покрытия длины L1-L2, которая проходит от конечных частей второго слоя 3(2) до нижнего конца E2 кабеля.

Покрытие 5 изготавливают из полимерного материала, который может быть таким же, что и материал оболочки 4.

Как первый слой 3(1) , так и дополнительные слои 3(2), 3(3) армирующей обшивки 3 представляют собой замкнутые по периферии металлические трубки, каждая из которых обладает толщиной 1-2 мм. Каждый слой 3(1), 3(2), 3(3) может быть получен из непрерывной металлической ленты, которую при изготовлении кабеля 1 продольно складывают и сваривают так, чтобы каждый слой 3(1), 3(2), 3(3) был непроницаемым для текучей среды.

Что касается выбора металла для слоев 3(1), 3(2), 3(3) армирующей обшивки 3, применимы те же соображения, которые были сделаны выше применительно к первому варианту воплощения.

При изготовлении кабеля 1', третий 3(3) слой сначала получают путем продольного складывания и сварки первой металлической ленты (например, ленты из нержавеющей стали) непосредственно вокруг оболочки 4. Третий 3(3) слой затем вытягивают на оболочке 4 так, чтобы он находился в контакте с полимерным материалом оболочки 4.

Затем, второй слой 3(2) получают путем продольного складывания и сварки второй металлической ленты (например, ленты из нержавеющей стали) вокруг третьего слоя 3(3) . Второй слой 3(2) вытягивают по поверхности третьего слоя 3(3) так, чтобы он находился в контакте с третьим 3(3) слоем на длине L2.

Покрытие 5 выдавливают по поверхности оболочки 4 и третьего слоя 3(3) в одну или две стадии. В первом случае, ступени 5a и 5b представляют собой непрерывный полимер блок. Во втором случае, на границе между ступенями 5a и 5b может находиться кромка, хотя в зависимости от температуры и выбора времени выдавливания, и поскольку две ступени изготовлены из одного и того же материала, внешняя поверхность ступени 5a и внутренняя поверхность ступени 5b могут по существу совпадать.

Наконец, первый слой 3(1) получают путем продольного складывания и сварки третьей металлической ленты (например, из коррозионностойкого металлического сплава) вокруг второго слоя 3(2) и покрытия 5. Первый слой 3(1) вытягивают по поверхности второго слоя 3(2) и покрытия 5 так, чтобы он находился в контакте с одним или другим из них на длине L1.

ПРИМЕРЫ

Кабели согласно настоящему раскрытию были сопоставлены с эталонными кабелями по способности их упрочняющего слоя выдерживать нагрузку кабеля.

Примерные электрические кабели согласно третьему варианту воплощения, описанные выше и показанные на Фигуре 5 и Фигурах 6.1, 6.2 и 6.3, описаны в настоящей работе ниже.

Все кабели обладали длиной L примерно 3,353 км (11000 футов) и содержали:

- три изолированных электрических проводника, где каждый проводник содержал твердую луженую медь #4 AWG (21,2 мм²) с внешним диаметром 5,18 мм, окруженная электроизолирующим слоем ЭПК (этиленпропиленового каучука) с внешним диаметром 9,4 мм;

- управляющий кабель, включающий в себя скрученную пару твердых оголенных медных проводов #16 AWG (1,31 мм²), каждый из которых имеет внешний диаметр 1,29 мм и окружен электроизолирующим слоем ФЕП (фторированного этилен-пропилена), имеющим внешний диаметр 2,01 мм, экран из ленты алюминия/сложного полиэфира, окружающей изолированные скрученные проволоки, и оболочку из ЭТФЭ (этилентетрафторэтилена), окружающую экран и имеющую внешний диаметр 4,6 мм; и

- две трубки давления из нержавеющей стали 316L, обладающей толщиной стенки 0,89 мм и внешним диаметром 3,18 мм.

Три изолированных электрических проводника были свиты друг с другом, и во впадинах между каждой парой проводников был установлен модуль управления и две трубки давления.

Изолированные электрические проводники, модуль управления и трубки давления были окружены оболочкой, изготовленной из ЭПК (этиленпропиленового каучука), имеющей толщину 2,00 мм и внешний диаметр 23,19 мм.

Все кабели также содержали армирующую обшивку. Армирующая обшивка имела, по меньшей мере, первый слой (внутренний слой) коррозионностойкого металлического сплава (Incoloy^® 825). Некоторые кабели имели второй слой (промежуточный слой) из нержавеющей стали, окружающий первый слой. Некоторые кабели имели третий слой (внешний слой) из нержавеющей стали, окружающий первый и второй слои. Все слои были изготовлены в форме замкнутых по периферии металлических трубок, имеющих толщину 1,18 мм.

Признаки слоев армирующей обшивки для рассматриваемых кабелей приведены в Таблице I.

Таблица I

Внутренний диаметр
(мм) Внешний диаметр
(мм) Площадь поперечного сечения
(мм²) Масса
(кг/км) Допустимая нагрузка
(кг) 1^й слой 23,19 25,56 90,66 1772 7734 2^й слой 25,56 27,93 99,47 1964 9042 3^й слой 27,93 30,30 108,27 2138 9843

Допустимая нагрузка представляет собой массу, которую верхний конец одиночного слоя в вертикальном положении способен нести на себе, с удлинением менее 9%.

Сравнительные кабели 1-3 имели армирующую обшивку, изготовленную из одного - трех слоев, как показано в Таблице II. Все слои армирующей обшивки этих кабелей имели одинаковую длину, по существу равную длине сердечника, покрытого оболочкой. Общая масса в Таблице II представляет собой массу армирующей обшивки. Таблица II также показывает максимальную длину кабеля, допустимая без чрезмерного удлинения слоев и, соответственно, сердечника (максимальная длина).

Таблица II

Кабель Армирующая обшивка Общая масса (кг/км) Максимальная длина (км) 1 1^й слой 4235 1,83 2 1^й слой+2^й слой 6198 2,71 3 1^й слой+2^й слой+3^й слой 8336 3,19

Кабели 4 и 5 согласно настоящему раскрытию имели армирующую обшивку, изготовленную, соответственно, из двух и трех слоев, как показано в Таблице III. Тогда как первый слой имел длину, по существу равную длине сердечника, покрытого оболочкой для обоих кабелей 4 и 5, в кабеле 4, имеющем два слоя, второй слой имел длину от верхнего конца кабеля, равную по существу половине (50%) длины сердечника, покрытого оболочкой. В кабеле 5, имеющем три слоя, второй слой имел длину от верхнего конца кабеля, составляющую по существу две трети (66%) длины сердечника, покрытого оболочкой, а третий слой имел длину от верхнего конца кабеля, составляющую по существу одну треть (33%) длины сердечника, покрытого оболочкой. Общая масса в Таблице III представляет собой массу армирующей обшивки. В Таблице III также показана максимальная допустимая длина кабеля, без чрезмерного удлинения слоев и, соответственно, сердечника (максимальная длина).

Таблица III

Кабель Армирующая обшивка Общая масса (кг/км) Максимальная длина (км) 4 1^й слой+2^й слой (50%) 5216 3,22 5 1^й слой+2^й слой (66%)+3^й слой (33%) 6256 4,25

При сопоставлении максимальной длины кабелей в Таблицах II и III, ясно, что армирующая обшивка, содержащая два слоя, сконфигурированных согласно настоящему раскрытию (кабель 4), пригодна для нанесения, с удлинением в безопасных пределах, причем длина будет кабеля не только больше длины, возможной для кабеля с двухслойной армирующей обшивкой, имеющей одинаковую длину (кабель 2), но также лишь примерно 10% короче, чем максимальная длина, надежно выдерживаемая кабелем с трехслойной армирующей обшивкой, имеющей ту же длину (кабель 3). В случае кабеля 5 согласно раскрытию, максимальная длина будет примерно на 75% больше, чем длина кабеля 3.

Длину слоев армирующей обшивки кабеля по раскрытию специалисты в данной области техники могут легко рассчитать, для достижения максимально допустимого преимущества. Например, поскольку длина кабеля согласно примеру составляет примерно 3,353 км, а конфигурация кабеля 5 допускает безопасное удлинение до 4,25 км, специалисты в данной области техники могут рассмотреть возможность уменьшения длины второго и/или третьего слоя, для обеспечения армирующей обшивки, способной безопасно переносить только длину кабеля, и экономии материала для слоев армирующей обшивки.

При выборе длины и материала (коррозионностойкого металла или нержавеющей стали) каждого слоя также необходимо учитывать конкретную среду, в которой развертывают кабель, например, наличие коррозионных текучих сред на определенной глубине в скважине.

Изобретение относится к электрическому кабелю для вертикальных применений, содержащему сердечник, имеющий длину L, оболочку, окружающую сердечник и проходящую по всей длине L, и армирующую обшивку, окружающую оболочку и находящуюся с ней в непосредственном контакте. Армирующая обшивка изготовлена из концентрических слоев, содержащих первый слой, проходящий продольно от первого конца кабеля (ближнего или верхнего конца кабеля, находящегося в эксплуатации) ко второму концу кабеля (к дальнему или нижнему концу кабеля, находящемуся в эксплуатации) по существу вдоль всей длины L. Армирующая обшивка также содержит по меньшей мере один дополнительный слой, проходящий продольно от первого конца кабеля ко второму концу кабеля на более короткую длину чем L. По меньшей мере один слой армирующей обшивки представляет собой замкнутую по периферии металлическую трубку. Также раскрыт способ для изготовления такого кабеля. Изобретение обеспечивает защиту против механического проникновения текучих сред, с обеспечением стойкости к воздействию коррозионно-активных текучих сред, для гарантии защиты сердечника кабеля в течение как можно более длительного времени, например, периода 2-10 лет. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 9 ил., 3 табл.

1. Электрический кабель (1) для вертикальных применений, содержащий:

- сердечник (2), имеющий первую длину (L);

- оболочку (4), окружающую сердечник (2) и проходящую по существу по всей первой длине (L) сердечника; и

- армирующую обшивку (3), окружающую и находящуюся в непосредственном контакте с оболочкой (4), причем упомянутая армирующая обшивка (3) образована из концентрических слоев, содержащих:

- первый слой (3(1)), проходящий продольно от первого конца (E1) кабеля (1) до второго конца (E2) кабеля (1) и имеющий вторую длину (L1), по существу равную первой длине (L); и

- по меньшей мере, один дополнительный слой (3(2), 3(3)), продольно проходящий от первого конца (E1) кабеля (1) до второго конца (E2) кабеля (1) на третью длину (L2, L3), более короткую, чем первая длина (L),

причем, по меньшей мере, первый слой (3(1)) представляет собой замкнутую по периферии металлическую трубку.

2. Электрический кабель (1) по п. 1, в котором сердечник (2) содержит три электрических проводника (2a), каждый из которых покрыт системой (2b) изоляции.

3. Электрический кабель (1) по п. 1, в котором каждый из первого слоя (3(1)) и, по меньшей мере, одного дополнительного слоя (3(2), 3(3)) армирующей обшивки (3) представляет собой замкнутую по периферии металлическую трубку.

4. Электрический кабель (1) по п. 1, в котором армирующая обшивка (3) представляет собой самый внешний элемент электрического кабеля (1).

5. Электрический кабель (1) по п. 1, в котором, по меньшей мере, один слой из первого слоя (3(1)) и, по меньшей мере, одного дополнительного слоя (3(2), 3(3)) изготовлен из коррозионно-стойкого металлического сплава.

6. Электрический кабель (1) по п. 1, в котором, по меньшей мере, первый слой (3(1)) изготовлен из коррозионно-стойкого металлического сплава.

7. Электрический кабель (1) по п. 1, в котором первый слой (3(1)) представляет собой самый внешний элемент армирующей обшивки (3), и в котором оболочка (4) изготовлена из вспененного полимерного материала и обладает толщиной, возрастающей от первого конца (E1) кабеля (1) до второго конца (E2) кабеля (1).

8. Электрический кабель (1) по п. 1, в котором первый слой (3(1)) представляет собой самый внешний элемент армирующей обшивки (3), а оболочка (4) изготовлена из не вспененного полимерного материала и обладает по существу постоянной толщиной от первого конца (E1) кабеля (1) до второго конца (E2) кабеля (1).

9. Электрический кабель (1) по п. 1, в котором первый слой (3(1)) представляет собой самый внешний элемент армирующей обшивки (3), а покрытие (5) вставлено между оболочкой (4) и первым слоем (3(1)) вдоль участка кабеля от конца третьей длины (L2, L3) до второго конца (E2) кабеля.

10. Электрический кабель (1) по п. 9, в котором покрытие (5) изготовлено из не вспененного полимерного материала.

11. Электрический кабель (1) по п. 1, в котором первый слой (3(1)) представляет собой самый внутренний слой армирующей обшивки (3).

12. Электрический кабель (1) по п. 1, в котором армирующая обшивка (3) содержит, по меньшей мере, два дополнительных слоя (3(2), 3(3)), причем вторая длина (L2, L3) одного дополнительного слоя (3(2), 3(3)) является более короткой, чем вторая длина (L2, L3) радиально внешнего дополнительного слоя (3(2), 3(3)).

13. Электрический кабель (1) по п. 1, в котором армирующая обшивка (3) содержит, по меньшей мере, два дополнительных слоя (3(2), 3(3)), причем вторая длина (L2, L3) одного дополнительного слоя (3(2), 3(3)) является более короткой, чем вторая длина (L2, L3) радиально внутреннего дополнительного слоя (3(2), 3(3)).

14. Способ изготовления электрического кабеля (1), содержащего армирующую обшивку (3) в качестве самого внешнего слоя, причем армирующая обшивка (3) содержит концентрические металлические слои (3(1), 3(2), 3(3)), в которых, по меньшей мере, один слой (3(1), 3(2), 3(3)) расположен вокруг сердечника (2) кабеля, начиная от непрерывной металлической ленты с продольными кромками, причем лента складывается продольно, а кромки приварены, с обеспечением слоя (3(1), 3(2), 3(3)) в форме замкнутой по периферии трубки.

15. Способ по п. 14, в котором трубка имеет внутренний диаметр и образована на нижележащем слое, имеющем внешний диаметр, причем внутренний диаметр трубки больше, чем внешний диаметр нижележащего слоя, и способ дополнительно содержит стадию натягивания трубки на нижележащий слой так, чтобы был получен непосредственный контакт.