[发明专利]增强的井筒电缆

说明书

技术领域

本发明涉及井筒电缆(wellbore electric cable)以及制造和使用这种电缆的方法。一方面，本发明涉及耐久的和密封转矩均衡的增强电缆，制造它的方法，以及这种电缆的用途，所述电缆与井筒设备一起使用以分析邻近并筒的地质构造。

背景技术

一般地，地球中含石油和/或石油气的地质建造具有可能与地层包含这种产品的能力有联系的性质。例如，含石油或石油气的地层具有比含水的构造高的电阻率。通常包括砂岩或石灰石的地层可能含有石油或石油气。通常包括页岩(页岩也可封装含石油的地层)的地层可具有比砂岩或石灰石大得多的孔隙率，但是，由于页岩的粒度(grain size)非常小，分离页岩中所积存的石油或气可能非常困难。因此，需要在井完成之前，测量邻近井的地质建造的各种特性，以帮助确定含石油和/或石油气构造的位置，以及积存在该地层中的石油和/或石油气的量。

可将通常为长管形设备的测井工具(logging tool)放下到井中，以测量井的不同深度处的这种特性。这些测井工具可包括γ射线发射器/接收器、测径规设备、电阻测量设备、中子发射器/接收器等，这些工具用来侦测邻近该井的地层的特性。测井电缆(wireline cable)连接测井工具与在地表的一个或多个电源和数据分析装置，以及当沿着井放下和提起测井工具时给测井工具提供结构支撑。通常，测井电缆通过滑轮从卡车中卷出，并下到井中。

测井电缆通常由金属导线、绝缘材料、填料、护套和金属铠装线(armorwire)的组合形成。通常，井筒电缆的使用寿命典型地仅限于约6至24个月，这是因为该电缆可能由于暴露于极其腐蚀性的成分，或很少或没有进行电缆强度元件如铠装线的维护而受到损害。限制测井电缆寿命的主要因素是铠装线的失效，其中井下井筒环境中存在的流体导致铠装线的腐蚀和失效。

铠装线通常由涂覆有防腐用锌的冷拔珠光体钢(cold-drawn pearliticsteel)构成。虽然锌在中等温度(moderate temperature)保护钢，但是已知，在高温和特定环境条件下可能容易发生腐蚀。虽然电缆芯材可能仍然可发挥功能，更换铠装线通常在经济上是不可行的，并且必须丢弃整个电缆。一旦腐蚀性流体渗入环隙(annular gap)中，就难以或不可能完全除去它们。即使在清理电缆之后，腐蚀性流体保留在间隙(interstitial spaces)中损害电缆。结果，电缆腐蚀基本上是一个连续的过程，该过程可开始于测井电缆浸入井中的第一次行程。一旦铠装线开始被侵蚀，很快就会失去强度，并且必须更换整个电缆。井筒电缆中的铠装线也有几个操作上的问题，包括铠装线各层之间的转矩不平衡、难以密封不均匀的外部结构，和松散或破碎的铠装线(loose or broken armor wire)。

在具有表面压力的井中，电缆穿过一个或几个一定长度的填充有润滑脂的管道(也称为流管)，以密封井中的气压，同时容许测井电缆进出该井。因为铠装线层具有未填充的环隙或间隙，来自井的危险气体会向上朝较低压方向迁移到这些缝隙中并穿过这些缝隙移动。当测井电缆穿过填充润滑脂的管道移动时，该气体往往会保持在原位。当测井电缆越过管道顶部的上滑轮时，可将该铠装线分展开或轻微地分离并且释放增压气体，此处会成为着火或爆炸的隐患。另外，当具有两层铠装线的电缆处于张力下时，通常以相反的铺设角(lay angle)形成电缆的内部和外部铠装线以相反的方向轻微旋转，这会导致转矩不平衡的问题。为了产生转矩平衡的电缆，内部铠装线将必须比外部铠装线稍微大一些，但是较小的外部线会由于摩擦和暴露于腐蚀性流体而迅速失效。因此，将较大的铠装线置于测井电缆的外侧，这会导致转矩不平衡。

铠装的井筒电缆也会由于铠装线之间的点对点接触而磨损。点对点接触磨损可发生在内部和外部铠装线层之间，或者甚至是同一层中铠装线之间的面对面接触。当在张力下并且当电缆越过滑轮时，径向负载导致外部和内部铠装线之间的点负载。铠装线层之间的点负载会除去锌涂层，并在内部和外部铠装线中的接触点处切出槽(groves)。这导致强度降低，导致过早腐蚀并可加速电缆疲劳失效。也由于内部铠装线和电缆芯材之间有环隙或间隙，当测井电缆处于张力下时，电缆芯材材料往往会蠕变，由此减小电缆直径，并导致电缆的线型伸长以及过早的电短路(electrical short)。