專利名稱：具有吸收層的烴監(jiān)控電纜的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
所述實(shí)施方案涉及用于烴井中的井下條件監(jiān)控的烴監(jiān)控電纜。具體地，
所述烴監(jiān)控電纜的實(shí)施方案被配置用于在或許約"/2和5年之間的延長時 期內(nèi)放置并且相對連續(xù)地監(jiān)控井。
背景技術(shù)：
多種烴應(yīng)用包括布置在烴井內(nèi)的電纜的使用。例如，在從井生產(chǎn)烴的 期間，可以將烴電纜安置在井內(nèi)，從而在生產(chǎn)期間監(jiān)控井的條件?？梢源?在貫穿電纜的光纖芯，以得到井的條件信息例如溫度。事實(shí)上，由于光纖 的特性，通過來自沿該光纖芯的每一點(diǎn)的讀數(shù)可以獲得井的溫度曲線?？?以使用這樣的信息來推斷在生產(chǎn)應(yīng)用中有用的生產(chǎn)數(shù)據(jù)。例如，可以通過 研究橫過由這樣的烴監(jiān)控電纜獲得的溫度曲線的溫差，來計(jì)算流率的估計(jì) 值。
當(dāng)使用如上指出的烴監(jiān)控電纜時，可以將該電纜留置在沿井的幾千英
尺現(xiàn)場，并且暴露于烴井的環(huán)境達(dá)延長的時期。例如，烴生產(chǎn)可以在約iV2
至5年的時期內(nèi)進(jìn)行，其中試圖將該電纜留置在現(xiàn)場歷時此持續(xù)時期。如 此，就可以進(jìn)行井條件的實(shí)時監(jiān)控。同樣地，就可以根據(jù)井內(nèi)變化的條件 來更改生產(chǎn)應(yīng)用。
不幸的是，烴監(jiān)控電纜對井內(nèi)的井下條件的長期暴露會使得光纖芯易 受在其中形成的缺陷的影響，從而影響它的性能。這可能由暴露于一些井 下物質(zhì)而產(chǎn)生，所述的一些井下物質(zhì)表現(xiàn)為導(dǎo)致光纖芯中的光學(xué)不完整性 的光纖缺陷導(dǎo)致劑。例如，在工作烴井中大量存在的氫傾向于擴(kuò)散 (attenuate)到光纖芯中，從而與其玻璃材料反應(yīng)，以形成有破壞性的羥基。 這又將導(dǎo)致內(nèi)部裂縫和光纖芯劣化，從而導(dǎo)致穿過其中的信號傳遞的分 散。此過程可以由井下環(huán)境的高溫所加速，最后致使電纜對于光纖監(jiān)控和
5通信無效。事實(shí)上，光纖芯通常為回路構(gòu)造(loop configuration),向井下傳 送光信號，并且向井上提供返回路徑，以在井表面進(jìn)行測量和分析。因而， 從電纜長度的觀點(diǎn)，沿光纖芯的路徑形成這樣缺陷的機(jī)會是雙倍的。
為了避免氫或其它光纖缺陷導(dǎo)致劑擴(kuò)散進(jìn)入到光纖芯中，可以使該芯 由起屏蔽罩(shield)作用的許多涂層、凝膠和/或金屬層所包圍。例如，碳涂 層可以特別有效地屏蔽在下面的光纖芯免受氫的攻擊。不幸的是，對在下 面的光纖芯的有效屏蔽會留下不合實(shí)際尺寸的監(jiān)控光纜的總外形，從而可 能堵塞井本身到顯著的程度。此外，這樣的屏蔽還會使得光纖芯易受在其
中熱誘導(dǎo)的缺陷的影響。即，即使在可以實(shí)現(xiàn)減小的外形，例如通過使用 薄碳涂層實(shí)現(xiàn)的情況下，此屏蔽層的添加也對具有其本身熱膨脹系數(shù)的電 纜引入了新的材料。此新引入的屏蔽材料的熱膨脹系數(shù)可能與包圍該屏蔽 材料的其它材料層例如導(dǎo)體層或外部聚合物夾套(jacket)的熱膨脹系數(shù)失 配。作為屏蔽層和監(jiān)控電纜的其它外部層之間的熱膨脹系數(shù)失配的結(jié)果， 在下面的光纖芯就會經(jīng)受機(jī)械應(yīng)力。結(jié)果，當(dāng)在井的通常高溫的井下環(huán)境 中留置電纜達(dá)延長的時期時，就會在芯中形成缺陷。
不論屏蔽的類型，如果將實(shí)際尺寸的常規(guī)烴監(jiān)控電纜留置在合適的位 置以進(jìn)行井下監(jiān)控，則通常將造成其光纖容量在約幾個月中失效。在整個 生產(chǎn)中，典型烴井的高壓、高溫、氫環(huán)境最終致使電纜對于井下條件的連 續(xù)光纖監(jiān)控?zé)o效。

發(fā)明內(nèi)容
提供用于安置在井的井下環(huán)境中的烴監(jiān)控電纜。該電纜包括在周圍具 有碳層的光纖芯，所述碳層用于提供免受對井下環(huán)境的缺陷誘導(dǎo)劑即氫的 暴露的屏蔽。碳層本身具有第一熱膨脹系數(shù)，而在該碳層周圍的外部聚合 物層具有第二熱膨脹系數(shù)。第三熱膨脹系數(shù)的中間聚合物層被布置在碳層
和外部聚合物層之間。基于第一和第二熱膨脹系數(shù)選擇中間聚合物層，從 而避免來自井下環(huán)境的促進(jìn)光纖缺陷的熱膨脹。
在另一個實(shí)施方案中，烴監(jiān)控電纜可以包括在周圍具有導(dǎo)電層的光纖 芯。該導(dǎo)電層可以帶正電，以推斥環(huán)境的光纖缺陷導(dǎo)致劑。而且，在再一 個實(shí)施方案中，烴監(jiān)控電纜可以包括光纖芯，其中所述聚合物-基吸收層被布置在所述光纖芯周圍，用于吸收環(huán)境的光纖缺陷導(dǎo)致劑。具體地，該聚 合物-基吸收層可以包括為了吸收而分散通過其中的石英玻璃和碳之一。


圖1是布置在井中的烴監(jiān)控電纜的一個實(shí)施方案的側(cè)面橫截面圖。
圖2是從2-2獲取的圖1的烴監(jiān)控電纜的放大橫截面圖。 圖3是烴監(jiān)控電纜的一個備選實(shí)施方案的橫截面圖。 圖4是烴監(jiān)控電纜的再一個實(shí)施方案的橫截面圖。 圖5是在油田的生產(chǎn)井中使用的烴監(jiān)控電纜的一個實(shí)施方案的部分橫 截面概圖。
具體實(shí)施例方式
通過參考一些烴監(jiān)控電纜描述實(shí)施方案。描述用于在烴生產(chǎn)井中長期 放置和監(jiān)控井的條件的電纜的構(gòu)造。就是說，可以使用多種構(gòu)造。無論如 何，所述具體實(shí)施方案都可以包括用于延長電纜光纖芯的使用壽命的特 征。這可以以許多途徑實(shí)現(xiàn)，包括通過屏蔽、推斥或吸收而使缺陷誘導(dǎo)劑 離開所述芯。另外，可以通過在包圍所述芯的外部層之間加入中間層來減 少這樣的外部層之間的熱失配效應(yīng)，來延長所述芯的壽命。該中間層可以 是軟質(zhì)聚合物，所述軟質(zhì)聚合物具有基于以下詳述的外部層的熱膨脹系數(shù) 而選擇的熱膨脹系數(shù)。
現(xiàn)在參考圖1，描繪了烴井180中的烴監(jiān)控電纜的一個實(shí)施方案。井 180可以包括鄰近井壁170并且橫貫地質(zhì)地層l卯的套管150。當(dāng)工作時， 可以通過井180從地層190生產(chǎn)烴。在這樣的生產(chǎn)期間，可以將烴監(jiān)控電 纜100連接到表面設(shè)備，并且用于實(shí)時監(jiān)控井180的條件。然后在需要時， 例如，根據(jù)隨著時間的過去的變化的井條件，可以將以此方式從井180的 監(jiān)控得到的信息動態(tài)地用于更改井的生產(chǎn)應(yīng)用。
可以將電纜IOO的光纖芯125用于獲得以上指出的井條件信息。事實(shí) 上，在給出光纖的特性和穿過井180的電纜100的定位(positkming)的情況 下，就可以從沿光纖芯125的每一點(diǎn)的讀數(shù)來建立井條件的動態(tài)曲線。特 別是可以以此方式獲得并使用溫度信息。例如，在一個實(shí)施方案中，可以通過研究橫過由這樣的烴監(jiān)控電纜100的使用所構(gòu)成的溫度曲線的溫差， 來計(jì)算流率的估計(jì)值。
繼續(xù)參考圖1，可以將烴監(jiān)控電纜100穿過井180而布置到幾百英尺 的深度?？梢砸源朔绞綄㈦娎|100留置現(xiàn)場達(dá)延長的時期，例如達(dá)烴生產(chǎn) 應(yīng)用的持續(xù)時期。如所指出的，當(dāng)從地層190抽取烴時，這會導(dǎo)致電纜100 在約lV2和約5年之間的時期內(nèi)暴露于烴井180的環(huán)境。因而，烴監(jiān)控電 纜100，特別是它的光纖芯125，會暴露于壓力和溫度極限以及大量的氫 離子140或其它缺陷導(dǎo)致劑。實(shí)際上，這些極限的程度和大量的這樣的缺 陷促進(jìn)劑會隨井180的深度的增加而增大。然而，如下所述，盡管暴露于 指出的苛刻井下條件，也可以采取措施以幫助保證光纜100和芯126維持 長達(dá)約5年的監(jiān)控時期的足夠功能性。
如所指出的，由于其內(nèi)在的特征從而將氫離子140擴(kuò)散到光纖芯125 中的速率保持最小，因此可以將烴監(jiān)控電纜100的監(jiān)控能力延長到約5年。 例如，在一個實(shí)施方案中，光纖芯125可以為約10 km長，以及容限 (tolerance)為100 dBm。即，所述芯125可以保持對監(jiān)控目的起作用，直至 擴(kuò)散達(dá)到使得所述芯125的通信容量減少約100 dBm的水平為止。同樣地， 以下詳述的實(shí)施方案可以包括這樣的屏蔽，所述屏蔽減慢氫離子140擴(kuò)散 到芯125的速率，使得每年發(fā)生的通信容量的減少小于約20 dBm(例如， 幫助保證電纜100的5年使用壽命)。
另外參考圖2，光纖芯125可以由碳層260或涂層所包圍，所述碳層 260或涂層被配置成屏蔽氫離子140使其離開內(nèi)部芯220及其覆層240。 如以上所指出的，如此，可以降低氫擴(kuò)散進(jìn)入到芯125中的速率。同樣地， 可以使芯125的玻璃材料與氫離子140形成有破壞性的羥基的反應(yīng)最小化 和延遲，從而延長烴監(jiān)控電纜100的壽命。
除碳層260之外，可以對烴監(jiān)控電纜100提供外部聚合物層280或夾 套。如所指出的，可以配置碳層260，以集中屏蔽在下面的芯125免于與 可能擴(kuò)散到電纜100中的氫離子140或其它缺陷誘導(dǎo)劑直接接觸。然而， 考慮到外部聚合物層280更直接地暴露于井180的整個環(huán)境，可以配置所 述外部聚合物層280。同樣地，外部聚合物層280的耐久性、防潮性和其 它特定特性可以與碳層260的這些特性顯著不同。結(jié)果，外部聚合物層280的熱膨脹系數(shù)可以與碳層260的熱膨脹系數(shù)實(shí)質(zhì)性不同。
在由烴監(jiān)控電纜100在井180的深處之中很可能遭遇的溫度極限的情 況下，熱膨脹系數(shù)的上述區(qū)別可能是顯著的。S卩，作為對于溫度極限的井 下暴露的結(jié)果，從一層(例如260)到下一層(例如280)的熱膨脹特性的區(qū)別 可能是非常顯著的。然而，如以下詳述，烴監(jiān)控電纜100配備有中間聚合 物層200，所述中間聚合物層200被配置成使相對于在下面的光纖芯125 的這樣不同熱膨脹系數(shù)的應(yīng)力最小化。同樣地，可以使芯125之內(nèi)的熱誘 導(dǎo)缺陷或微彎曲最小化，并且延長電纜100的壽命。
繼續(xù)參考圖2，示出中間聚合物層200，其被布置在外部聚合物層280 和碳層260之間。該中間聚合物層200通?？梢跃哂斜韧獠烤酆衔飳?80 的聚合物軟的聚合物。該中間聚合物層200還可以包括考慮鄰近層260、 280的不同熱膨脹系數(shù)而選擇的熱膨脹系數(shù)。例如，在一個實(shí)施方案中， 中間聚合物層200具有處于鄰近層260、 280的熱膨脹系數(shù)之間的熱膨脹 系數(shù)。因而，中間聚合物層200能夠調(diào)和鄰近層260、 280的膨脹，而對 其沒有顯著的抵抗性。結(jié)果，沒有顯著地使一個鄰近層(例如280)的膨脹 應(yīng)力穿過中間聚合物層200而轉(zhuǎn)移到另一鄰近層(例如260)。
由于上述分層方式(layering)，因此可以避免由基本上不同熱特性的鄰 近材料層260、 280的應(yīng)力所引起的光纖芯125之內(nèi)的裂縫形成。即，通 過將外部聚合物層280與碳層260用在其間的熱協(xié)同介質(zhì)(例如中間聚合物 層200)分離，可以基本上消除歸因于層260、 280的不同熱膨脹特性的機(jī) 械應(yīng)力。同樣地，可以使光纖芯125免于暴露于這樣的機(jī)械應(yīng)力，從而延 長了電纜100的使用壽命。
如所指出的，配置碳層260來屏蔽光纖芯125，以減少其與氫離子140 的直接接觸。因而，碳層260是具有或許小于約10 ppm/攝氏度的預(yù)定熱 膨脹系數(shù)的碳基材料。備選地，外部聚合物層280可以是具有比碳層260 的熱膨脹系數(shù)大的熱膨脹系數(shù)的硬質(zhì)聚合物，外部聚合物層280的熱膨脹 系數(shù)可能超過約30ppm/攝氏度。因而，如上所指出的，中間聚合物層200 可以是軟質(zhì)聚合物，以調(diào)和碳層260和外部聚合物層280的熱膨脹，而沒 有將顯著的膨脹力從一個層轉(zhuǎn)移到另一層。
多種材料可以用于中間和外部聚合物層200、280。在一個實(shí)施方案中，對于層200、 280，可以選擇相同聚合物類型的軟質(zhì)和硬質(zhì)形式(version)。 例如，中間聚合物層200可以是軟質(zhì)聚酰亞胺，而外部聚合物層280可以 硬質(zhì)聚酰亞胺。相似地，中間聚合物層200可以是軟質(zhì)聚丙烯酸類(acrylic)， 而外部聚合物層280可以是硬質(zhì)聚丙烯酸類。其它軟質(zhì)-硬質(zhì)聚合物組合可 以包括乙烯丙烯二烯單體橡膠的軟質(zhì)和硬質(zhì)形式，以及聚烯烴的軟質(zhì)和硬 質(zhì)形式。備選地，在另一個實(shí)施方案中，中間聚合物層200可以是軟質(zhì)聚 硅氧烷(silicone)，而外部聚合物層280可以是氟塑料例如聚甲醛。備選地， 中間聚合物層200的軟質(zhì)聚合物可以是含氟彈性體、全氟彈性體和全氟醚。
現(xiàn)在繼續(xù)參考圖3，烴監(jiān)控電纜300可以包括導(dǎo)體層310、 315，所述 導(dǎo)體層310、 315用于將功率和電子信號例如電阻率測量結(jié)果通過其中傳 遞。可能作為在光纖芯325周圍螺旋狀纏繞的線材(如在描繪的前進(jìn)式導(dǎo)體 (advancing conductor)310的情況)，導(dǎo)體310、 315還可以對電纜300起加 強(qiáng)強(qiáng)度的構(gòu)件的作用。在所示實(shí)施方案中，導(dǎo)體310、 315是電鍍用于抵 擋腐蝕性井下環(huán)境的銅、銅包鋼，和/或鎳。
在所示實(shí)施方案中，導(dǎo)體310、 315以前進(jìn)式導(dǎo)體310和返回導(dǎo)體環(huán) (return conductor ring)315的形式來提供穿過電纜300的電子路徑。這樣的 構(gòu)造可以包括由外部套390容納并且由懸置聚合物層302懸置或隔離的導(dǎo) 體310、 315。此外，與圖2的實(shí)施方案相類似地，對于在下面的外部聚合 物層380、中間聚合物層301、碳層360和光纖芯325的構(gòu)造，可以提供 這些特征310、 315、 302、 390全部。
在圖3的實(shí)施方案中，導(dǎo)體310、 315可以是具有其本身特別熱膨脹系 數(shù)的材料，所述熱膨脹系數(shù)可以與電纜300的其它材料層360、 301、 380 的熱系數(shù)顯著不同。例如，如以上通過參考圖2的實(shí)施方案所詳述的，導(dǎo) 體310、 315可以是銅或銅包鋼，而材料層360、 301、 380可以是聚合物 和碳材料。因而，為了減少主要在光纖芯325上的應(yīng)力，可以在導(dǎo)體310、 315周圍鄰近地布置懸置聚合物層302。該懸置聚合物層302可以是軟質(zhì) 聚合物，并且具有基于在芯325周圍的外部聚合物層380的熱膨脹系數(shù)以 及導(dǎo)體310、 315的熱膨脹系數(shù)而選擇的熱膨脹系數(shù)。
將導(dǎo)體310、 315與外部聚合物層380用在其間的熱協(xié)同介質(zhì)(例如懸 置聚合物層302)分離，減少了另外可以從導(dǎo)體310、 315和在下面的外部聚合物層380的不同熱膨脹特性所導(dǎo)致的機(jī)械應(yīng)力。即，懸置聚合物層302 可以是通過參考圖2的實(shí)施方案所述的材料類型的軟質(zhì)聚合物。結(jié)果，可 以實(shí)現(xiàn)減少能夠向光纖芯325轉(zhuǎn)移的機(jī)械應(yīng)力的量，從而也減少了芯325 中的機(jī)械應(yīng)力和微彎曲缺陷。
如所指出的，通過例如圖3的構(gòu)造，可以實(shí)現(xiàn)歸因于導(dǎo)體310、 315 和外部聚合物層380之間的不同熱特性的機(jī)械應(yīng)力的減小。然而，在所示 實(shí)施方案中，可以通過在光纖芯325上的外部聚合物層380和在下面的碳 層360之間包含中間聚合物層301，來再次實(shí)現(xiàn)機(jī)械應(yīng)力的進(jìn)一步減小。 即，與圖2的實(shí)施方案的情況相同，中間聚合物層301可以在碳層360和 外部聚合物層380之間起介質(zhì)的作用，從而使得在其間的熱膨脹的不同特 性的影響最小化。結(jié)果，可以再次減小光纖芯325上的機(jī)械應(yīng)力。
對于中間聚合物層301、外部聚合物層380和懸置聚合物層302，可以 選擇多種材料類型。例如，中間聚合物層301和外部聚合物層380可以分 別是圖2的實(shí)施方案中用于中間層200和外部聚合物層280的上述材料類 型。同樣地，懸置聚合物層302可以是與中間聚合物層301的材料相同的 軟質(zhì)聚合物材料。
特別地，在一個實(shí)施方案中，通過在其周圍具有軟質(zhì)中間聚合物層301 的碳層360屏蔽光纖芯325。在其周圍提供有與該中間聚合物層301的材 料相同聚合物類型的硬質(zhì)外部聚合物層380。以懸置聚合物層302的形式 相似地提供用于中間聚合物層301的同樣的軟質(zhì)聚合物，在所述懸置聚合 物層302中，導(dǎo)體310、 315是隔離的。由于懸置聚合物層302和中間聚 合物層301的軟質(zhì)介質(zhì)，因此可以實(shí)現(xiàn)減少光纖芯325中的缺陷形成，所 述缺陷形成歸因于其周圍的材料層360、 380和導(dǎo)體310、 315的不同熱特 性。
繼續(xù)參考圖3，另外參考圖l，通過使用帶正電(如由正電荷340所示) 的導(dǎo)體310、 315可以實(shí)現(xiàn)光纖芯325中缺陷的進(jìn)一步減少。即，如以上 所指出的，烴監(jiān)控電纜300可以配備有用于傳送電子信號通過其中的導(dǎo)體 310、 315。這些導(dǎo)體310、 315可以例如在制造時通過常規(guī)方法配備有正 電荷340。如此，就可以將氫離子140，例如在圖1中描繪的那些氫離子 140推斥離開烴監(jiān)控電纜100。即，可以配備電纜100以推斥氫離子140，
ii至少到由導(dǎo)體310、 315所具有的正電荷的量的程度。
在使用多重類型導(dǎo)體310、 315的構(gòu)造中，可以對選定的導(dǎo)體310、 315 例如前進(jìn)式導(dǎo)體310或返回式導(dǎo)體315單獨(dú)提供正電荷。備選地，如在圖 3的實(shí)施方案中，全部導(dǎo)體310、 315可以配備有正電荷340，以使由帶正 電的導(dǎo)體310、 315對可用于光纖芯325的屏蔽量最大化。此外，可以基 于待容納的電荷的量，部分地確定導(dǎo)體310、 315的尺寸。相似地，可以 基于由導(dǎo)體310、 315所容納的電荷的量，確定鄰近布置的電絕緣層(即， 外部夾套390和懸置聚合物層302)的尺寸和材料。
現(xiàn)在參考圖4，描繪烴監(jiān)控龜纜400的一個備選實(shí)施方案。在圖4的 實(shí)施方案中，例如通過玻璃或碳的使用，電纜400的層在特性上是吸收氫 的。例如，在一個實(shí)施方案中，聚合物層例如外部夾套490可以負(fù)載有氫 吸收劑440。即，與如在圖3中描繪的正電荷340相反，可以在整個外部 夾套490或在光纖芯425外部的其它聚合物層中分配(disburse)氫吸收劑 440，例如碳納米管和/或碳或玻璃纖維。如此，就可以吸收氫離子140， 例如在圖1中描繪的那些氫離子140，從而與試劑440結(jié)合，防止它們到 達(dá)所述芯425。另外，電纜400可以配備導(dǎo)體410、 415，所述的導(dǎo)體410、 415可以帶電，以當(dāng)氫吸收劑400飽和時排斥氫離子140。此外，為了延 遲飽和，在一個實(shí)施方案中，夾套490以及如下所述的在下面的懸置聚合 物層402、外部聚合物層480和中間聚合物層401可以各自容納氫吸收劑 440。
另外參考圖3，圖4的電纜400也可以包括由碳層460保護(hù)的光纖芯 425。另外，作為減少所述芯425中微彎曲發(fā)生的手段，所述微彎曲歸因 于由如上所述的失配的熱膨脹系數(shù)所導(dǎo)致的機(jī)械應(yīng)力，可以鄰近外部聚合 物層480在內(nèi)部提供中間聚合物層401。如以上也詳述的，電纜400可以 配備有導(dǎo)體410、 415。在所示實(shí)施方案中，可以如上所詳述地使導(dǎo)體410、 415帶電，以屏蔽在下面的芯425免于暴露于氫離子140(如圖1中所示)。
烴監(jiān)控電纜100、 300、 400的實(shí)施方案可以使用以上詳述的另外特征， 以提高其使用壽命。例如，可以使用管狀或帶環(huán)的鉛夾套代替返回導(dǎo)體 315、 415;或除返回導(dǎo)體315、 415之外，還使用管狀或帶環(huán)的鉛夾套， 以提供額外的氫屏蔽。另外，電纜IOO、 300、 400的最外層可以包括鋼基合金，其結(jié)合有鐵、鎳-鉻，或相對于井下環(huán)境的其它腐蝕抑制劑。
現(xiàn)在繼續(xù)參考圖5，根據(jù)上述實(shí)施方案的烴監(jiān)控電纜500在生產(chǎn)井575 中使用達(dá)延長的持續(xù)時期，而不需替換。如所示，表面設(shè)備525位于井575 上方的油田550，并且在從地層555、 560抽取烴時，安置電纜500通過井 575。然而，即使在烴生產(chǎn)(參見烴生產(chǎn)箭頭580)的情況下，電纜500也可 以結(jié)合光纖芯組件，并且仍在現(xiàn)場保持烴生產(chǎn)的相當(dāng)持續(xù)期間，而不需替 換。即，由于以上詳述的熱相容性和氫屏蔽特征，烴監(jiān)控電纜500的光纖 芯對于很可能覆蓋烴生產(chǎn)的持續(xù)時間(例如，長達(dá)約5年)的延長的時期可 以保持可行。
如上所述的烴監(jiān)控電纜的實(shí)施方案包括用于延遲缺陷導(dǎo)致劑擴(kuò)散進(jìn)入 到光纖芯中的速率的特征。因而，在通過電纜監(jiān)控生產(chǎn)應(yīng)用期間，將所述 芯中的光學(xué)不完整性保持最小化。結(jié)果，維持了光纖通信的完整性，從而 在不為了電纜替換而中斷的情況下，允許其本身進(jìn)行測量、分析和生產(chǎn)。 另夕卜，這可以以避免使用趨于影響井本身的有效直徑的大外形(high profile)
凝膠和金屬層構(gòu)造的方式來實(shí)現(xiàn)。此外，可以以這樣的方式使電纜的特征 成層，使得基本上避免所述芯中的熱誘導(dǎo)缺陷。
通過參考目前優(yōu)選實(shí)施方案提出了前述說明。這些實(shí)施方案所屬的領(lǐng) 域和技術(shù)的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)意識到的是，在不有意背離這些實(shí)施方案的原則 與范圍的情況下，可以在所述結(jié)構(gòu)和操作方法中實(shí)施更改和變化。例如， 可以將多種制造技術(shù)用于形成根據(jù)上述實(shí)施方案的烴監(jiān)控電纜。在一個這 樣的實(shí)例中，可以在電纜形成之前將吸收劑與流體聚合物混合，并且隨后 在電纜形成期間共-擠出。此外，不應(yīng)將前述說明解讀為僅屬于附圖1中所 述及所示的明確結(jié)構(gòu)，而應(yīng)解讀為符合并且支持具有其最全面和最公正的 范圍的后附權(quán)利要求。
權(quán)利要求
1. 一種用于安置在井下環(huán)境中的烴監(jiān)控電纜，所述烴監(jiān)控電纜包括光纖組件；和聚合物-基吸收層，所述層布置在所述光纖組件周圍，用于吸收井下環(huán)境的光纖缺陷導(dǎo)致劑。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的烴監(jiān)控電纜，其中所述聚合物-基吸收層在 其中結(jié)合有用于吸收的玻璃、碳纖維和碳納米管之一。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的烴監(jiān)控電纜，其中所述光纖組件包括 光纖芯；碳層，所述碳層在所述光纖芯周圍，用于提供免于暴露于井下環(huán)境的光纖缺陷導(dǎo)致劑的屏蔽，所述碳層具有第一熱膨脹系數(shù)；外部聚合物層，所述外部聚合物層在所述碳層周圍，并且具有第二熱 膨脹系數(shù)；和中間聚合物層，所述中間聚合物層被布置在所述碳層和所述外部聚合 物層之間，具有基于第一和第二熱膨脹系數(shù)而選擇的第三熱膨脹系數(shù)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的烴監(jiān)控電纜，其中配置所述光纖電纜以傳遞 溫度信息。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的烴監(jiān)控電纜，其中所述碳層的熱膨脹系數(shù)小 于約10 ppmTC ，而所述外部聚合物層的熱膨脹系數(shù)大于約30 ppm/'C 。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的烴監(jiān)控電纜，其中所述中間聚合物層的熱膨 脹系數(shù)在約10ppm〃C和約30ppm/。C之間。
7. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的烴監(jiān)控電纜，其中所述中間聚合物層的熱膨 脹系數(shù)小于所述外部聚合物層的熱膨脹系數(shù)，而大于所述碳層的熱膨脹系 數(shù)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的烴監(jiān)控電纜，其中所述中間聚合物層比所述 外部聚合物層軟。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的烴監(jiān)控電纜，其中所述中間聚合物層和所述 外部聚合物層包括相同類型的聚合物。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的烴監(jiān)控電纜，其中所述聚合物是聚酰亞胺、 丙烯酸、乙烯、聚烯烴和乙烯丙烯二烯單體橡膠之一。
11. 一種烴監(jiān)控電纜，所述烴監(jiān)控電纜包括光纖組件，所述光纖組件包含具有第一熱膨脹系數(shù)的外部聚合物層；導(dǎo)體層，所述導(dǎo)體層在所述光纖組件周圍，并且具有第二熱膨脹系數(shù)；和懸置聚合物層，所述懸置聚合物層具有基于第一和第二熱膨脹系數(shù)而 選擇的第三熱膨脹系數(shù)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的烴監(jiān)控電纜，其中所述懸置聚合物層的熱 膨脹系數(shù)小于所述導(dǎo)體層的熱膨脹系數(shù)，而大于所述外部聚合物層的熱膨 脹系數(shù)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的烴監(jiān)控電纜，其中所述光纖組件進(jìn)一步包含光纖芯；在所述光纖芯周圍的碳層；和在所述碳層周圍的中間聚合物層，所述外部聚合物層被布置在所述中 間聚合層之上，所述中間聚合物層具有基于所述外部聚合物層的熱膨脹系 數(shù)和所述碳層的熱膨脹系數(shù)而選擇的熱膨脹系數(shù)。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的烴監(jiān)控電纜，其中配置所述光纖電纜以傳 遞溫度信息。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的烴監(jiān)控電纜，其中所述碳層的熱膨脹系數(shù) 小于約10 ppmTC ，而所述外部聚合物層的熱膨脹系數(shù)大于約30 ppm〃C 。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的烴監(jiān)控電纜，其中所述中間聚合物層的熱 膨脹系數(shù)在約10 ppmTC和約30 ppm/'C之間。
17. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的烴監(jiān)控電纜，其中所述中間聚合物層的熱 膨脹系數(shù)小于所述外部聚合物層的熱膨脹系數(shù)，而大于所述碳層的熱膨脹 系數(shù)。
18. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的烴監(jiān)控電纜，其中所述中間聚合物層比所 述外部聚合物層軟。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的烴監(jiān)控電纜，其中所述中間聚合物層和所述外部聚合物層包括相同類型的聚合物。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的烴監(jiān)控電纜，其中所述聚合物是聚酰亞胺、 丙烯酸、乙烯、聚烯烴和乙烯丙烯二烯單體橡膠之一。
21. 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的烴監(jiān)控電纜，其進(jìn)一步包含布置在所述導(dǎo)體層周圍、用于吸收井下環(huán)境的光纖缺陷導(dǎo)致劑的聚合物-基吸收層。
22. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的烴監(jiān)控電纜，其中所述聚合物-基吸收層 在其中結(jié)合有用于吸收的玻璃、碳纖維和碳納米管之一。
全文摘要
一種對其光纖芯中的缺陷發(fā)展具有抵抗性的烴監(jiān)控電纜。所述芯缺陷抵抗性可以是以對井下環(huán)境的缺陷導(dǎo)致劑例如氫具有抵抗性的形式。這可以通過在光纖芯周圍使用碳層來得到。然而，考慮到這樣的碳層和外部聚合物夾套之間的不同熱膨脹系數(shù)，可以在該碳層和夾套層之間布置第三熱膨脹系數(shù)的中間聚合物層。因而，中間聚合物層可以具有第三熱膨脹系數(shù)，選擇所述第三熱膨脹系數(shù)，從而避免由來自井下環(huán)境本身的熱膨脹所導(dǎo)致的光纖缺陷。另外，所述監(jiān)控電纜可以包含在光纖芯周圍的導(dǎo)電層，所述導(dǎo)電層帶正電荷，以推斥井下環(huán)境的其它帶正電的光纖缺陷導(dǎo)致劑。此外，為了保護(hù)，可以在光纖芯周圍布置用于吸收這樣的缺陷導(dǎo)致劑的聚合物-基吸收層。
文檔編號G02B6/44GK101435901SQ20081008210
公開日2009年5月20日 申請日期2008年3月3日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月12日
發(fā)明者約瑟夫·瓦凱 申請人:普拉德研究及開發(fā)股份有限公司