本發(fā)明涉及一種電纜，尤其是一種碳纖維多層復合測井電纜。
背景技術(shù)：
我國油藏開發(fā)的類型日趨復雜、地域更為廣闊，油氣井遍布陸上、海域，伴隨著深層油藏的開發(fā)，涌現(xiàn)出大量的深井、超深井。井礦環(huán)境除水、鹽外，還出現(xiàn)co2、hcl和h2s等腐蝕性氣體，這就意味著在測試、測井系統(tǒng)中，裝備將面臨巨大的挑戰(zhàn)。在油田勘探開發(fā)階段，油氣水井需要用專門的儀表測量壓力、產(chǎn)油、氣量與含水量的相對變化及溫度等參數(shù)，測井用電纜是其中必用的裝備。
目前國內(nèi)現(xiàn)場使用的測井電纜以鋼絲鎧裝形式為主。鋼材的強度低，自重大，只能滿足淺井的測試要求；鋼材耐腐蝕性能差，不能應用于復雜的井況；鎧裝形式的自身缺陷導致高壓含氣井的井口密封困難，無法滿足安全井控要求?？傊?，目前的電纜形式很難同時兼具“高強、質(zhì)輕、耐腐蝕、安全井控”這四個特點。
碳纖維復合材料是兼具高比強度、高比模量、耐腐蝕等多種優(yōu)異特性的新型材料，利用碳纖維與特種樹脂制備的復合材料已經(jīng)廣泛應用于海洋、日曬、風沙等惡劣環(huán)境的電力系統(tǒng)部件和油田領(lǐng)域中，而利用碳纖維作為耐腐蝕和提高力學特性的主要部件與電纜的高導電材料配合使用，制備新型復合結(jié)構(gòu)的測井電纜，是極具有發(fā)展?jié)摿Φ脑O(shè)計思路。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種用于解決井口的密封、深井測試以及高溫高壓地下復雜環(huán)境的耐腐蝕問題處理的碳纖維多層復合測井電纜。
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種碳纖維多層復合測井電纜，包括芯層和外層包覆層，芯層包括：銅導體芯、包裹在銅導體芯外側(cè)的絕緣層和纏繞在絕緣層表面的碳纖維復合外層；外層包覆層包括：樹脂碳纖維復合材料拉擠層和包裹纏繞在樹脂碳纖維復合材料拉擠層外表面的碳纖維復合材料外表層，其中芯層包埋在樹脂碳纖維復合材料拉擠層中。
所述銅導體芯為表面經(jīng)過粗糙化處理或者采用螺紋化處理的黃銅芯或紫銅芯，銅導線為單芯或者多芯結(jié)構(gòu)，銅導線直徑在2-10mm之間。
所述銅導線為2芯、4芯或者8芯結(jié)構(gòu)。
所述絕緣層的厚度為0.1-1mm，采用耐高溫熱塑性樹脂。
所述絕緣層的材質(zhì)為聚氨酯、聚乙烯、聚苯硫醚、聚丙烯中的一種。
所述碳纖維復合外層為單向纖維或二維織物纏繞層，其中碳纖維為t300、t700、t800中的一種，單向纖維或二維織物預浸熱固性樹脂，按質(zhì)量百分比，樹脂含量在30％-50％之間，樹脂為不飽和聚酯樹脂、環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂中的一種。
所述樹脂碳纖維復合材料拉擠層為浸漬熱固性樹脂膠液的碳纖維，熱固性樹脂為不飽和聚酯樹脂、環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂中的一種，碳纖維為t300、t700、t800、m40、m60中的一種。
所述樹脂碳纖維復合材料拉擠層的整體厚度為3-20mm。
所述碳纖維復合材料外表層為碳纖維長絲或二維帶狀織物纏繞層，厚度為1-10mm，碳纖維為t300、t700、t800、m40、m60中的一種，碳纖維長絲或二維帶狀織物浸漬熱固性樹脂膠液，按質(zhì)量百分比，樹脂含量在30％-50％，熱固性樹脂為不飽和聚酯樹脂、環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂中的一種。
本發(fā)明的有益效果是：
(1)與傳統(tǒng)電纜相比，拉伸強度提高20％-30％；
(2)與傳統(tǒng)電纜相比，耐腐蝕性增強，可實現(xiàn)復雜井況下的測試。
(3)解決了井口密封問題，可實現(xiàn)高壓氣井的測試。
附圖說明
圖1為本發(fā)明碳纖維多層復合測井電纜的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進一步詳細說明：
如圖1所示，本發(fā)明的碳纖維多層復合測井電纜，包括芯層和外層包覆層，芯層包括：銅導體芯1、包裹在銅導體芯外側(cè)的絕緣層2和纏繞在絕緣層表面的碳纖維復合外層3；外層包覆層包括：樹脂碳纖維復合材料拉擠層4和包裹纏繞在樹脂碳纖維復合材料拉擠層外表面的碳纖維復合材料外表層5，其中芯層包埋在樹脂碳纖維復合材料拉擠層4中。
所述銅導體芯1為表面經(jīng)過粗糙化處理或者采用螺紋化處理的黃銅芯或紫銅芯，銅導線為單芯或者多芯結(jié)構(gòu)，銅導線直徑在2-10mm之間。
優(yōu)選，所述銅導線為2芯、4芯或者8芯結(jié)構(gòu)。
所述絕緣層2的厚度為0.1-1mm，采用耐高溫熱塑性樹脂。
優(yōu)選，所述絕緣層2的材質(zhì)為聚氨酯、聚乙烯、聚苯硫醚、聚丙烯中的一種。
所述碳纖維復合外層3為單向纖維或二維織物纏繞層，其中碳纖維為t300、t700、t800中的一種，單向纖維或二維織物預浸熱固性樹脂，按質(zhì)量百分比，樹脂含量在30％-50％之間，樹脂為不飽和聚酯樹脂、環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂中的一種。
所述樹脂碳纖維復合材料拉擠層4為浸漬熱固性樹脂膠液的碳纖維，熱固性樹脂為不飽和聚酯樹脂、環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂中的一種，碳纖維為t300、t700、t800、m40、m60中的一種。
所述樹脂碳纖維復合材料拉擠層4的整體厚度為3-20mm。
所述碳纖維復合材料外表層5為碳纖維長絲或二維帶狀織物纏繞層，厚度為1-10mm，碳纖維為t300、t700、t800、m40、m60中的一種，碳纖維長絲或二維帶狀織物浸漬熱固性樹脂膠液，按質(zhì)量百分比，樹脂含量在30％-50％，熱固性樹脂為不飽和聚酯樹脂、環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂中的一種。
本發(fā)明的碳纖維多層復合測井電纜采用多層復合結(jié)構(gòu)，所述的芯層的銅導體線的表面絕緣層的外部纏繞碳纖維復合材料外層，該外層用以提高芯部整體的剛性、抗劈裂特性，同時提高與外部結(jié)構(gòu)的樹脂復合材料的界面結(jié)合特性。
所述的纏繞復合材料外層經(jīng)過浸漬樹脂的織物或長絲纏繞后，再加熱條件下固化成型，固化溫度和時間根據(jù)樹脂基本固化特性靈活調(diào)整。
所述的電纜整體外層結(jié)構(gòu)中的樹脂碳纖維復合材料拉擠層采用熱塑改性的熱固性樹脂基體、采用高強度或高模量碳纖維增強制備。
所述的電纜整體外層結(jié)構(gòu)采用拉擠成型制備，拉擠過程將芯層結(jié)構(gòu)定位于中心部位，同時排布浸漬樹脂膠液的增強纖維，將芯層結(jié)構(gòu)與纖維同步拉擠成型，拉擠外層結(jié)構(gòu)的整體厚度保持在3-20mm范圍內(nèi)靈活調(diào)整。
所述的電纜整體外層拉擠結(jié)構(gòu)采用熱固化方式成型，固化溫度和時間根據(jù)樹脂特性不同而靈活調(diào)整。
所述的電纜整體外層的外表面纏繞碳纖維復合材料層，采用碳纖維長絲或二維帶狀織物纏繞，纏繞過程中碳纖維單向或二維織物浸漬熱固性樹脂膠液，最終外部纏繞層的樹脂含量控制在30-50％之間，采用熱固化方式成型，固化溫度和時間根據(jù)樹脂特性不同而靈活調(diào)整。外表面纏繞碳纖維復合材料層的厚度保持在1-10mm范圍內(nèi)靈活調(diào)整。
實施例1
一種碳纖維多層復合測井電纜的制備可采用如下實施方式：
采用經(jīng)過粗糙化處理的芯結(jié)構(gòu)的紫銅導線芯，導線直徑在2mm之間；在銅導體線表面選用注射成型的方式制備厚度為1mm的聚氨酯絕緣層；在絕緣層表面采用t300碳纖維單向纏繞制備外部纏繞復合材料外層，纖維長絲或織物浸漬不飽和聚酯樹脂，樹脂含量保持在50％(質(zhì)量百分比，下同)之間，整個纏繞層制備后采用熱固化方式成型，固化溫度在120℃，固化時間為2小時。
在上述芯部結(jié)構(gòu)制備完成后，在芯部外部采用拉擠成型方式制備拉擠外層結(jié)構(gòu)，首先將芯部多層結(jié)構(gòu)定位于拉擠外層的中心位置，同時排布浸漬環(huán)氧樹脂膠液的t300碳纖維，將芯層結(jié)構(gòu)與纖維同步拉擠成型，拉擠外層結(jié)構(gòu)的整體厚度保持在3mm范圍內(nèi)，整個拉擠外層結(jié)構(gòu)制備后采用熱固化方式成型，固化溫度在130℃，固化時間為1小時。
在拉擠外部結(jié)構(gòu)制備完成后，在外表面纏繞碳纖維復合材料層，采用t700碳纖維增強酚醛樹脂熱固性樹脂復合材料結(jié)構(gòu)，整個外層采用碳纖維長絲纏繞，纏繞過程中碳纖維單向或二維織物浸漬樹脂在40％之間的熱固性樹脂膠液，外表面纏繞碳纖維復合材料層的厚度保持在2mm，采用熱固化方式成型，固化溫度在125℃，固化時間為2小時。
實施例2
一種碳纖維多層復合測井電纜的制備可采用如下實施方式：
采用經(jīng)過螺紋化處理的4芯結(jié)構(gòu)的黃銅導線芯，導線直徑在3mm；在銅導體線表面選用噴涂方式制備厚度為0.5mm的聚乙烯絕緣層；在絕緣層表面采用t700碳纖維二維織物纏繞制備外部纏繞復合材料外層，纖維長絲或織物浸漬酚醛樹脂，樹脂含量保持在40％之間，整個纏繞層制備后采用熱固化方式成型，固化溫度在121℃，固化時間為1小時。
在上述芯部結(jié)構(gòu)制備完成后，在芯部外部采用拉擠成型方式制備拉擠外層結(jié)構(gòu)，首先將芯部多層結(jié)構(gòu)定位于拉擠外層的中心位置，同時排布浸漬酚醛樹脂膠液的t800碳纖維，將芯層結(jié)構(gòu)與纖維同步拉擠成型，拉擠外層結(jié)構(gòu)的整體厚度保持在5mm范圍內(nèi)，整個拉擠外層結(jié)構(gòu)制備后采用熱固化方式成型，固化溫度在123℃，固化時間為2.5小時。
在拉擠外部結(jié)構(gòu)制備完成后，在外表面纏繞碳纖維復合材料層，采用t700碳纖維增強環(huán)氧樹脂熱固性樹脂復合材料結(jié)構(gòu)，整個外層采用碳纖維二維帶狀織物纏繞，纏繞過程中碳纖維單向或二維織物浸漬樹脂在43％之間的熱固性樹脂膠液，外表面纏繞碳纖維復合材料層的厚度保持在3mm，采用熱固化方式成型，固化溫度在125℃，固化時間為2小時。
實施例3
一種碳纖維多層復合測井電纜的制備可采用如下實施方式：
采用經(jīng)過粗糙化處理的8芯結(jié)構(gòu)的紫銅導線芯，導線直徑在4mm；在銅導體線表面選用噴涂成型的方式制備厚度為0.6mm的聚苯硫醚絕緣層；在絕緣層表面采用t800碳纖維單向纏繞制備外部纏繞復合材料外層，纖維長絲或織物浸漬酚醛樹脂，樹脂含量保持在45％之間，整個纏繞層制備后采用熱固化方式成型，固化溫度在135℃，固化時間為1小時。
在上述芯部結(jié)構(gòu)制備完成后，在芯部外部采用拉擠成型方式制備拉擠外層結(jié)構(gòu)，首先將芯部多層結(jié)構(gòu)定位于拉擠外層的中心位置，同時排布浸漬環(huán)氧樹脂膠液的m40碳纖維，將芯層結(jié)構(gòu)與纖維同步拉擠成型，拉擠外層結(jié)構(gòu)的整體厚度保持在12mm范圍內(nèi)，整個拉擠外層結(jié)構(gòu)制備后采用熱固化方式成型，固化溫度在121℃，固化時間為2小時。
在拉擠外部結(jié)構(gòu)制備完成后，在外表面纏繞碳纖維復合材料層，采用m60碳纖維增強環(huán)氧樹脂熱固性樹脂復合材料結(jié)構(gòu)，整個外層采用碳纖維二維帶狀織物纏繞，纏繞過程中碳纖維單向或二維織物浸漬樹脂在40％之間的熱固性樹脂膠液，外表面纏繞碳纖維復合材料層的厚度保持在6mm，采用熱固化方式成型，固化溫度在121℃，固化時間為2小時。
實施例4
一種碳纖維多層復合測井電纜的制備可采用如下實施方式：
采用經(jīng)過螺紋化處理的4芯結(jié)構(gòu)的紫銅導線芯，導線直徑在6mm；在銅導體線表面選用注射成型的方式制備厚度為0.9mm的聚丙烯絕緣層；在絕緣層表面采用t800碳纖維二維織物纏繞制備外部纏繞復合材料外層，纖維長絲或織物浸漬酚醛樹脂，樹脂含量保持在40％之間，整個纏繞層制備后采用熱固化方式成型，固化溫度在122℃，固化時間為2.5小時。
在上述芯部結(jié)構(gòu)制備完成后，在芯部外部采用拉擠成型方式制備拉擠外層結(jié)構(gòu)，首先將芯部多層結(jié)構(gòu)定位于拉擠外層的中心位置，同時排布浸漬不飽和聚酯樹脂膠液的t300碳纖維，將芯層結(jié)構(gòu)與纖維同步拉擠成型，拉擠外層結(jié)構(gòu)的整體厚度保持在12mm范圍內(nèi)，整個拉擠外層結(jié)構(gòu)制備后采用熱固化方式成型，固化溫度在126℃，固化時間為1.5小時。
在拉擠外部結(jié)構(gòu)制備完成后，在外表面纏繞碳纖維復合材料層，采用t300碳纖維增強不飽和聚酯樹脂熱固性樹脂復合材料結(jié)構(gòu)，整個外層采用碳纖維長絲纏繞，纏繞過程中碳纖維單向或二維織物浸漬樹脂在50％之間的熱固性樹脂膠液，外表面纏繞碳纖維復合材料層的厚度保持在6mm，采用熱固化方式成型，固化溫度在127℃，固化時間為2小時。
本發(fā)明涉及氣井、含油氣井測試領(lǐng)域所使用的纜線，特別是一種適用于高壓井測試的電纜形式。該碳纖維復合材料測井電纜采用多層結(jié)構(gòu)，可在芯部埋設(shè)多根高導電體，在導體外側(cè)采用多層包覆及纏繞結(jié)構(gòu)保證芯層的剛性以及與外層的界面結(jié)合，在外層采用碳纖維樹脂基復合材料拉擠成型加碳纖維織物纏繞結(jié)構(gòu)，保證電纜自身的剛度、耐磨、耐沖擊特性以及耐酸堿腐蝕的特性。該復合結(jié)構(gòu)的碳纖維測井電纜可用于解決井口的密封、深井測試以及高溫高壓地下復雜環(huán)境的耐腐蝕問題處理。
綜上所述，本發(fā)明的內(nèi)容并不局限在上述的實施例中，相同領(lǐng)域內(nèi)的有識之士可以在本發(fā)明的技術(shù)指導思想之內(nèi)可以輕易提出其他的實施例，但這種實施例都包括在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。