[发明专利]具有减小直径的井下缆线

说明书

用于井下环境的光学/电气缆线，包括布置在内部金属管内的多个光纤。导电层包围内部金属管，绝缘层包围并且接触导电层，并且外部金属管包围并且接触绝缘层。

技术领域

本公开内容一般地涉及光学/电气缆线，并且尤其涉及用于井下应用的缆线，缆线具有包裹在金属管中的多个光纤以及同轴地包围金属管用于传导电流的导电层。

背景技术

存在几种类型的缆线用于在危险环境下，诸如在油井或者气井中的井下应用中监控环境状况、发送通信和提供电功率。一种类型是“管包裹导体”(TEC)缆线。TEC缆线表示特性地具有布置在金属管内的电导体，金属管用于保护导体不受危险环境破坏。TEC缆线用于将电功率传输到位于缆线远端、监控诸如温度和压力这样井下环境中的状况的各种设备。

用于危险环境的另一种类型的缆线是“管包裹纤维”(TEF)缆线。与TEC缆线相类似，TEF缆线通过将纤维布置在小的金属管内(称作“金属管中纤维”或者“FIMT”)保护光纤不受环境破坏。TEF缆线可以在油井和气井中用作纤维波导以传送来自井下工具的数据，或者作为用于分布式温度感测(DTS)、分布式声感测(DAS)或者其他感测应用的传感器。

当缆线包含包裹在一个或多个管中的电导体和光纤时，缆线称作TEC/TEF缆线。市售的TEC/TEF井下缆线可以具有1/4英寸(例如，6.35mm)直径钢管作为外壳。它包含绝缘的导体和包裹光纤的另一个钢管。1/4英寸直径的TEC/TEF缆线典型地用于油井中的永久安装。

如从例如因特网站点http://pertrowiki.org/Coiled_tubing_drilling知道，盘绕管勘测和盘绕管钻井也是井下缆线的常见应用。术语“盘绕管(coiled tubing)”指卷在大的卷轴上的长金属管，通常直径为2.5cm至8.25cm。管用于油井和气井中的干预并且有时作为枯竭气井的生产管。术语“盘绕管钻井”指盘绕管和定向钻井(例如，非垂直钻井)的组合，使用泥浆马达为钻井储层创建系统。

关于盘绕管的新兴技术是使用TEF缆线内的光纤传感器根据分布式温度传感器(DTS)或者数据采集系统(DAS)技术对油井建立剖面(profile)。小直径的TEF缆线，亦即，外径不超过4mm的缆线可以在盘绕管下降到油井或者气井中之前注入到盘绕管中。

为了进一步增强井身剖面，当使用盘绕管进行感测时，可以使用机电压力传感器。然而，那些传感器需要不由TEF缆线提供的电流。作为TEF缆线内FIMT的部分的不锈钢管通常由于它的电阻太高而不具有充足的载流容量。提供纤维感测和电流的市售TEC/TEF缆线对于部署在直径为1/4英寸(6.35mm)的盘绕管中来说太大且太重。关于用于盘绕管部署的TEF缆线的现场经验已经例证可以使用的感测缆线的最大外径是4mm。

美国专利8,295,665(’665专利)公开一种井下混合型缆线，包括中央纤维/凝胶填充的不锈钢管，铜线环绕该管，以及围绕铜线管的绝缘层。铜线布置在由金属管形成的螺旋空间中。金属管和铜元素放置到金属管内。金属管具有1/4英寸直径(6.35mm)。

美国专利5,493,626(’626专利)公开一种对于高压环境用于在测井系统中使用的井下电气/光学仪器缆线。缆线包括由保护材料和凝胶层包围并且由保护套管封装的用于信号通信的单个、密闭光纤。套管可以是激光焊接金属管。可选内部绝缘体与外部绝缘体层之间的一层电导体包围保护管并且由除了铜的螺旋“伺服”之外的编织铜形成。多个强力构件绞股包围外部绝缘体层。强力构件包括在一个方向螺旋地缠绕外部绝缘体层的不锈钢绞股的内部层，以及以相反的伺服或者缠绕螺旋地缠绕强力构件绞股的内部层的不锈钢绞股的外部层。绞股和铜编织层传导并且可以提供电功率供给回路。缆线的总直径近似为5.77mm，但是它可以在大约4.76mm至大约7.94mm的范围内变化。