DE3540684A1 - Multi-core electrical power cable, in particular supply cable for well-head equipment - Google Patents

Multi-core electrical power cable, in particular supply cable for well-head equipment

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DE3540684A1 DE19853540684 DE3540684A DE3540684A1 DE 3540684 A1 DE3540684 A1 DE 3540684A1 DE 19853540684 DE19853540684 DE 19853540684 DE 3540684 A DE3540684 A DE 3540684A DE 3540684 A1 DE3540684 A1 DE 3540684A1
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Abstract

A well-head cable having a deeply corrugated metal sheath has above the sheath a reinforcement in the form of a tensile-stress-resistant braiding which is surrounded by an extruded sleeve of a thermoplastic or elastomeric material.

Description

Gegenstand des Hauptpatents ist ein mehradriges elektrisches Energiekabel, insbesondere Versorgungskabel für Bohrlochaggregate, beispielsweise Pumpen, bei dem die gebündelten isolierten Leiter innerhalb eines gewellten Metallrohres angeordnet sind. Die Wellung des Rohres bezüglich Welltiefe und Wellsteigung ist so ausgebildet, daß die Länge des Wellrohres gegenüber dem Glattrohr, aus dem es hergestellt ist, um 33 bis 67%, vorzugsweise um 45 bis 55% kürzer ist. Auf dem Wellrohr ist eine Armierung vorgesehen. Ein so ausgebildetes Kabel, das beispielsweise für die Durchführung von Erdöl- oder Erdgasbohrungen, etwa zur Energieversorgung von Pumpen, in großen Tiefen eingesetzt werden kann, ist in der Lage, hohen Betriebsdrücken standzuhalten. Man ist dabei von der Überlegung ausgegangen, daß sich die Druckfestigkeit eines Rohres von außen durch folgende Formel beschreiben läßt wobei σ die Streckgrenze des Metalles, s die Wanddicke des Rohres, r m der mittlere Radius des gewellten Rohres und das Verhältnis des glatten Rohres ist. Es ist bekannt, daß durch Kaltverformung von Metallen sich die Streckgrenze erhöhen läßt. Nimmt man als Maß für die Kaltverformung die Verkürzung des Glattrohres, denn diese Verkürzung beinhaltet gleichzeitig auch die Welltiefe, dann läßt sich der kritische Druck festlegen zu The main patent relates to a multi-core electrical power cable, in particular supply cable for borehole units, for example pumps, in which the bundled insulated conductors are arranged within a corrugated metal tube. The corrugation of the pipe with respect to the corrugation depth and corrugation is designed so that the length of the corrugated pipe is shorter by 33 to 67%, preferably 45 to 55%, compared to the smooth pipe from which it is made. Reinforcement is provided on the corrugated pipe. A cable designed in this way, which can be used at great depths for drilling oil or natural gas, for example to supply energy to pumps, is able to withstand high operating pressures. It is assumed that the pressure resistance of a pipe can be described from the outside by the following formula where σ is the yield strength of the metal, s is the wall thickness of the tube, r m is the mean radius of the corrugated tube and the ratio of the smooth tube. It is known that cold working of metals can increase the yield strength. If you take the shortening of the smooth tube as a measure of the cold deformation, because this shortening also includes the corrugation depth, then the critical pressure can be determined

Wenn der Zusammenhang zwischen σ und bekannt ist, kann man schreiben If the relationship between σ and is known, one can write

Die Druckfestigkeit läßt sich also durch eine tiefere Wellung infolge einer stärkeren Kaltverfestigung erhöhen. Es hat sich gezeigt, daß bei austenitischen Stählen der Anstieg des kritischen Druckes bei Werten von a zwischen 1,3 und 3 und bei b zwischen 1,3 und 4 erfolgt. Wesentlich ist jedoch, daß diese Verkürzung des Rohres erhalten bleibt. Aus diesem Grunde ist es zwingend erforderlich, daß auf dem Wellrohr eine Armierung angeordnet ist, die einer Längung des Wellrohres bei Druckbeaufschlagung entgegenwirkt.The compressive strength can therefore be increased by a deeper corrugation due to a stronger work hardening. It has been shown that in the case of austenitic steels, the increase in the critical pressure takes place at values of a between 1.3 and 3 and at b between 1.3 and 4. It is essential, however, that this shortening of the tube is retained. For this reason, it is imperative that a reinforcement is arranged on the corrugated pipe, which counteracts elongation of the corrugated pipe when pressure is applied.

Die Erfindung sieht eine weitere Verbesserung eines Kabels nach dem Hauptpatent vor. Gemäß der Erfindung besteht die Armierung aus einem zugfesten Geflecht, das von einer extrudierten Hülle aus einem thermoplastischen oder elastomeren Werkstoff umgeben ist. Das tief gewellte Metallrohr (Wellmantel) gibt dem Kabel auch bei höchsten mechanischen Beanspruchungen die erforderliche Querdruckstabilität, es verhindert gleichzeitig die Diffusion von Flüssigkeiten und Gasen quer zur Kabelachse. Durch das erfindungsgemäße Geflecht werden die Zugkräfte aufgenommen, die bei Bohrlochkabeln, zum Beispiel wegen der großen Länge, beträchtlich sind. Abhängig von den für das Geflecht verwendeten Materialien kann das Geflecht gleichzeitig Haltefunktionen für am Kabelende angeordnete Antriebsaggregate, Pumpen und dergleichen übernehmen. Die das Geflecht umschließende extrudierte Hülle dient dem Korrosionsschutz des Wellmantels, sie ist gleichzeitig auch Schutzmantel für das Geflecht gegen Abscheuern und erhöht zudem den Kraftschluß zwischen den einzelnen Geflechtsaufbauelementen und zwischen Geflecht und Wellmantel.The invention provides a further improvement to a cable after the main patent before. According to the invention Reinforcement made of a tensile braid, that of a extruded shell from a thermoplastic or  is surrounded by elastomeric material. The deeply wavy Metal pipe (corrugated jacket) gives the cable even at the highest mechanical stresses the required lateral pressure stability, it also prevents the diffusion of Liquids and gases across the cable axis. By the braid according to the invention the tensile forces are absorbed, that with downhole cables, for example because of the great length, are considerable. Depending on the for that Materials used in braid can make the braid at the same time Holding functions for drive units arranged at the cable end, Take over pumps and the like. The the The braided extruded casing serves the purpose Corrosion protection of the corrugated jacket, it is at the same time also protective sheath for the braid against abrasion and also increases the adhesion between the individual Braid structure elements and between braid and corrugated jacket.

Die Flechtstränge des Geflechtes können in Durchführung der Erfindung metallische Drähte sein, wird zu Abschirmzwecken eine hohe elektrische Leitfähigkeit gefordert, zum Beispiel aus Kupfer oder Aluminium. Vorteilhaft ist es auch, nichtmetallische Fäden hoher Zugfestigkeit einzusetzen, entweder allein oder als Mischgeflecht mit metallischen Drähten. Die nichtmetallischen Fäden hoher Zugfestigkeit können dabei Kunststoffäden auf Basis aromatischer Homo- oder Copolyamide sein, oft auch als Polyaramide bezeichnet, die unter dem Handelsnamen "Kevlar" vertrieben werden.The braided strands of the braid can be carried out of the invention will be metallic wires will be used for shielding purposes high electrical conductivity required, for example made of copper or aluminum. It is advantageous it also uses non-metallic threads of high tensile strength, either alone or as a mixed mesh with metallic Wires. The non-metallic threads with high tensile strength can plastic threads based on aromatic Be homo- or copolyamides, often referred to as polyaramides, which are sold under the trade name "Kevlar" will.

Als zweckmäßig hat es sich ferner erwiesen, wenn in Weiterführung der Erfindung die Flechtstränge unterschiedlichen Materials im Geflecht jeweils in wechselnden Richtungen verlaufen. So können zum Beispiel Kupfer-, Aluminium- oder Stahldrähte und die isolierenden Fäden sowohl rechts- wie linksherum geführt sein, man kann aber auch so vorgehen, daß die Metalldrähte zum Beispiel nur links und die Isolierfäden nur rechts herum geführt sind.It has also proven to be useful if in continuation of the invention the braids different Materials in the mesh in alternating directions  run. For example, copper, aluminum or steel wires and the insulating threads both right- like being led to the left, but you can also proceed as that the metal wires for example only left and the insulating threads are only routed to the right.

Die Flechtstränge selbst können entweder aus normalen gefachten Fäden oder Drähten bestehen, oder sie sind in Durchführung der Erfindung zu Litzen verwürgt oder verseilt. Mehrere solcher Litzen können dann wiederum gefacht sein, so daß ein Geflechtstrang zum Beispiel aus zwei oder drei Litzen besteht.The braided strands themselves can either be plied from normal ones Threads or wires exist, or they are in Implementation of the invention strangled or stranded. Several such strands can then be folded be so that a braid strand for example there are two or three strands.

Die isolierenden Fäden hoher Zugfestigkeit können in Weiterführung der Erfindung unbehandelte, aber auch mit einem Klebemittel behandelte Fasern sein. Solche Klebemittel dienen zur Erhöhung der Zerreißfestigkeit eines Faserbündels und/oder zur besseren Haftung, wenn solche Faserbündel in Kunststoffe oder Gummimischungen eingebettet werden.The insulating threads of high tensile strength can be in Continuation of the invention untreated, but also with one Adhesive treated fibers. Such adhesives serve to increase the tensile strength of a fiber bundle and / or for better adhesion when such fiber bundles embedded in plastics or rubber compounds will.

Die Erfindung sei anhand des in der Figur dargestellten Bohrlochkabels zur elektrischen Energieversorgung im Bohrloch befindlicher Aggregate näher erläutert.The invention is based on that shown in the figure Borehole cable for electrical energy supply in the Drill hole located aggregates explained in more detail.

Die Leiter des dreiphasigen Kabels sind mit 1 bezeichnet, es sind Massivleiter oder Leiter aus einer Vielzahl miteinander verseilter Einzeldrähte. Die elektrische Isolierung 2 besteht zum Beispiel aus einem Ethylen- Propylen-Kautschuk, umgeben ist der Verseilverband von einer gemeinsamen isolierenden Hülle 3 beispielsweise aus einem hitze-, öl- und feuchtigkeitsbeständigen Nitrilkautschuk. Auf dieser Isolierschicht 3 sitzt das Wellrohr 4, welches aus einem längseinlaufenden, zum Rohr geformten, geschweißten und gewellten Metallband besteht. Fertigungsbedingt lassen sich die Kabel in nahezu unbegrenzter Länge herstellen, so daß ein Spleißen von Kabellängen aneinander weitestgehend vermieden werden kann. Auf den Wellenkuppen des Wellrohres 4 sitzt die Armierung 5, die nach der Erfindung aus einem Geflecht ausgebildet ist. Das Wellrohr 4 besteht aus einem austenitischen Stahl, es kann auch doppelwandig ausgebildet sein.The conductors of the three-phase cable are denoted by 1 , they are solid conductors or conductors made of a large number of individual wires stranded together. The electrical insulation 2 consists, for example, of an ethylene-propylene rubber, the stranding is surrounded by a common insulating sheath 3, for example of a heat, oil and moisture-resistant nitrile rubber. The corrugated tube 4 , which consists of a longitudinally running, shaped, welded and corrugated metal strip, sits on this insulating layer 3 . Due to the manufacturing process, the cables can be produced in almost unlimited lengths, so that splicing of cable lengths to one another can be largely avoided. The reinforcement 5 is seated on the corrugated tube 4 of the corrugated tube 4 and , according to the invention, is formed from a braid. The corrugated tube 4 consists of an austenitic steel, it can also be double-walled.

Das Geflecht 5, beispielsweise als Mischgeflecht ausgebildet, wird überdeckt von dem äußeren Schutzmantel 6. Zwischen dem Geflecht 5 und dem Wellrohr 4 kann auch eine Zwischenlage angeordnet sein, beispielsweise in Form einer Bewicklung oder einer extrudierten oder gespülten Schicht.The braid 5 , for example in the form of a mixed braid, is covered by the outer protective jacket 6 . An intermediate layer can also be arranged between the braid 5 and the corrugated tube 4 , for example in the form of a winding or an extruded or rinsed layer.

Claims (9)

1. Mehradriges elektrisches Energiekabel, insbesondere Versorgungskabel für Bohrlochaggregate, beispielsweise Pumpen, bei dem die gebündelten isolierten Leiter innerhalb eines gewellten Metallrohres angeordnet sind und die Wellung des Rohres bezüglich Welltiefe und Wellsteigung so ausgebildet ist, daß die Länge des Wellrohres gegenüber dem Glattrohr, aus dem es hergestellt ist, um 33 bis 67%, vorzugsweise um 45 bis 55%, kürzer ist, und daß auf dem Wellrohr eine Armierung angeordnet ist, nach Patent . . . (Anmeldung P 34 36 517.6), dadurch gekennzeichnet, daß die Armierung aus einem zugfesten Geflecht besteht, das von einer extrudierten Hülle aus einem thermoplastischen oder elastomeren Werkstoff umgeben ist.1.Multi-core electrical power cable, in particular supply cable for borehole units, for example pumps, in which the bundled insulated conductors are arranged within a corrugated metal tube and the corrugation of the tube with respect to corrugation depth and corrugation pitch is such that the length of the corrugated tube relative to the smooth tube from which it is made to be 33 to 67%, preferably 45 to 55% shorter, and that a reinforcement is arranged on the corrugated tube, according to the patent. . . (Application P 34 36 517.6), characterized in that the reinforcement consists of a tensile braid which is surrounded by an extruded casing made of a thermoplastic or elastomeric material. 2. Energiekabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flechtstränge des Geflechtes elektrisch leitende metallische Drähte und/oder nichtmetallischen Fäden hoher Zugfestigkeit sind. 2. Power cable according to claim 1, characterized in that the braid strands of the braid are electrically conductive metallic wires and / or non-metallic threads high tensile strength.   3. Energiekabel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die nichtmetallischen Fäden hoher Zugfestigkeit Kunststoffäden auf Basis aromatischer Homo- oder Copolyamide sind.3. Power cable according to claim 2, characterized in that the non-metallic threads have high tensile strength Plastic threads based on aromatic homo- or Are copolyamides. 4. Energiekabel nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, mit einem Mischgeflecht aus Kunststoff- und Metallfäden, dadurch gekennzeichnet, daß die Flechtstränge unterschiedlichen Materials im Geflecht jeweils in wechselnden Richtungen verlaufen.4. Power cable according to claim 1 or one of the following, with a mixed network of plastic and metal threads, characterized in that the braided strands differ Materials in the braid each in changing directions. 5. Energiekabel nach Anspruch 1 oder einem der folgenden mit einem Mischgeflecht aus Kunststoff- und Metallfäden, dadurch gekennzeichnet, daß die Flechtstränge unterschiedlichen Materials im Geflecht jeweils in einer Richtung verlaufen.5. Power cable according to claim 1 or one of the following with a mixed network of plastic and metal threads, characterized in that the braided strands differ Materials in the braid in one Direction. 6. Energiekabel nach Anspruch 2 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die metallischen oder nichtmetallischen Flechtstränge aus gefachten Drähten oder Fäden bestehen.6. Power cable according to claim 2 or one of the following, characterized in that the metallic or non-metallic Braided strands of folded wires or Threads exist. 7. Energiekabel nach Anspruch 2 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die metallischen oder nichtmetallischen Flechtstränge aus zu Litzen verwürgten oder verseilten Drähten oder Fäden bestehen.7. Power cable according to claim 2 or one of the following, characterized in that the metallic or non-metallic Braided strands from strangled or stranded wires or threads. 8. Energiekabel nach Anspruch 2 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Flechtstränge mit einem Klebemittel behandelt sind.8. Power cable according to claim 2 or one of the following, characterized in that the braided strands with a Adhesives are treated. 9. Energiekabel nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Geflecht und dem gewellten Metallrohr eine durch Wickeln, Extrusion, Spülen oder dergleichen aufgebrachte Zusatzschicht vorgesehen ist.9. Power cable according to claim 1 or one of the following, characterized in that between the braid and the corrugated metal tube by winding, extrusion, Rinsing or the like additional layer provided is.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US5023405A (en) * 1989-03-02 1991-06-11 U.S. Philips Corporation Electric cable comprising a braid surrounding the cable core
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