[实用新型]具有改进疲劳寿命的弯曲不敏感性的光－电电缆

说明书

技术领域

本实用新型总体上涉及光-电电缆，并且更具体地涉及用于油田测井 电缆、地震勘探的混合光-电电缆及其制造方法。

背景技术

本部分中的陈述仅提供与本实用新型相关的背景信息，并且可能不构 成现有技术。

当正钻探油井时，探头通常周期地下降进入钻井以测量它横过的地层 的特征。典型地，测井电缆在钻井中支持并运动探头，为探头运送电力， 并且在探头与地表处的仪器和控制设施之间中继控制指令和数据。由于测 量和测量仪器已变得更精密，数据传输速度已增加到现有电缆可能变得饱 和的点。

如光纤电话电缆所展示的，光纤技术能够增加多个数量级的数据传输 速率。然而由于使用测井电缆的要求条件，电话光纤电缆将是不可接受的。 电话电缆被设计以在使用中保持静止，并且不会遇到在油井中发现的温度 与压力极端情况。

相反，测井电缆围绕滑轮反复拉动，并随着它下降进入井和从井提升 出来在绞车卷筒上卷上和卷下。因此，该电缆必须承受围绕几英尺直径的 反复弯曲，和数千磅的张力。一旦在井中，电缆遇到可能超过每平方英寸 2万磅的压力和可能超过175℃的温度。然而，光纤对变形(尤其点负载) 极敏感，这极大地增加了光纤内的光信号的衰减。它们也对湿气敏感，湿 气在光纤中攻击微小裂纹，减小其强度。此外，它们对原子和分子氢敏感， 氢与石英(Silica)反应，增加了光纤的衰减。当制造电缆时，并且随后当使 用时，电缆部件(电导体、强度部件等)上的应力(弯曲与拉伸)使它们 在电缆内相对于彼此运动。这能够导致光纤的局部变形。拉伸电缆拉伸了 光纤，从而增加了其应力，加重了其衰减，并且有时导致它们断裂。井内 的高压和高温有助于湿气和氢侵入电缆和光纤。如指示，典型的光学电话 通信电缆不是为这些操作条件而设计的。

考虑到前述内容，Anderson等人的U.S.4,375,313中公开了一种与本 申请共同转让的期望用于油井和地震勘探应用的光-电电缆，其与本申请共 同转让，该专利的内容通过参考整体并入这里。该U.S.4,375,313专利公 开了一种缓冲结构，用于保护光纤免于湿气、氢和不均匀的应力。虽然这 种缓冲结构适合反复和苛求的测井应用，考虑到在更深油和气井中应用电 缆和采用要求增加数据传输量的更精密的工具，仍需要更好地缓冲光纤对 抗应力和湿气以及氢保护。

实用新型内容

本实用新型的实施方案提供了具有提高的弯曲不敏感性、疲劳寿命和 对氢侵蚀的保护的光纤元件、混合光-电导体、混合光-电导体组件和光-电 芯组件。在一种优选形式中，光纤元件包括光纤和围绕光纤的碳层。

在另一种形式中，混合光-电导体包括：至少一个光纤元件；围绕至 少一个光纤元件设置的至少一个电导体；和围绕至少一个电导体设置的固 定层，用于将至少一个电导体固定到位。该至少一个光纤元件包括光纤和 围绕光纤元件的碳层。

在另一种形式中，混合光-电导体组件包括：成捆设置的多个光-电导 体；和用于结合多个光-电导体的填充材料。该光-电导体每个包括光纤元 件和包围光纤元件的电导体。该光纤元件具有光纤和围绕光纤的碳层。

在另一种形式中，混合光-电导体包括：至少一个光纤元件；围绕至 少一个光纤元件设置的至少一个电导体；第一聚合物；和第二聚合物层。 第一聚合物层将至少一个电导体固定就位。第二聚合物层包围第一聚合物 层，用于提高光-电导体的机械强度。

在另一种形式中，混合光-电导体组件包括：成捆设置的多个光-电导 体；嵌条；和填充材料。多个光-电导体确定了外部轮廓和相邻光-电导体 之间的多个间隙。多个嵌条设置在邻近外部轮廓的间隙中。填充材料填充 在间隙中，以连结多个导体和嵌条以形成芯组件。

在另一种形式中，用于电缆组件的护套系统包括：适合包围电缆芯的 聚合物复合材料；包围聚合物复合材料的第一强度元件；包围第一强度元 件的第一聚合物层；包围第一聚合物层的第二强度元件；和包围第二强度 元件的第二聚合物层。

在另一种形式中，制造光电导体组件的方法包括：提供多个光-电导 体；成捆设置多个光-电导体，这些光-电导体确定了外部轮廓和相邻光-电 导体之间的多个间隙；将多个嵌条放置在邻近外部轮廓的间隙中；将填充 材料填充入间隙中；和将保护层放置在导体和嵌条周围。