專利名稱：電纜的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型大致涉及一種油田作業(yè)中使用的細(xì)鋼絲繩電纜
(slickline cables)。
背景技術(shù)：
電線中的光纖元件或永久檢測電纜對于數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用具有大的潛力。 不幸地，這種潛力被使它們在油田作業(yè)中易受損的幾個缺點所抵消。例如， 高溫下暴露于氫導(dǎo)致光纖發(fā)黑，從而導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸能力下降。光纖上的涂 層或其它聚合物保護(hù)層中的揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOCs)的蒸發(fā)釋放氫，這能 夠侵襲光纖和使光纖變黑。氫侵襲存在水的玻璃是另一種損壞源。
進(jìn)一步地，當(dāng)與其它電纜元件相比，光纖的線性拉伸是有限的。這要 求在光纖元件中具有額外的光纖長度，這導(dǎo)致制造過程復(fù)雜化。光纖元件 結(jié)構(gòu)缺乏橫向強(qiáng)度會導(dǎo)致潛在加載點和微小彎曲的問題。這會導(dǎo)致光纖的 機(jī)械失效和/或信號衰減。
圖1A顯示典型的細(xì)鋼絲繩電纜。如圖所示，細(xì)鋼絲繩電纜100由包含 在內(nèi)部鋼管120內(nèi)的光纖110構(gòu)成，內(nèi)部鋼管120涂覆有聚合(其可以是連續(xù) 的或長的強(qiáng)化纖維)化合物130。然后絕緣層140(其可包括環(huán)氧或其它熱塑 性等熱固性樹脂)附加在高分子復(fù)合物(polymer composite) 130上以便 完成細(xì)鋼絲繩芯。最后，外部鋼管150在細(xì)鋼絲繩芯上牽引以便完成細(xì)鋼 絲繩電纜100。
這種設(shè)計遇到幾個問題。細(xì)鋼絲繩芯的高分子復(fù)合物130在制造期間 可變成橢圓形。內(nèi)部鋼管120可偏移高分子復(fù)合物130內(nèi)的中心。當(dāng)內(nèi)部 鋼管120和外部鋼管150之間的高分子復(fù)合物130厚度不足(例如，由于收 縮或其它因素)，當(dāng)電纜在槽輪上彎曲或纏繞時高分子復(fù)合物130和外部 鋼管150會彼此分離。
此外，細(xì)鋼絲繩電纜中使用不同材料會具有不同的熱膨脹系數(shù)，這會
導(dǎo)致一些問題。例如，在制造期間，高分子復(fù)合物130和內(nèi)部鋼管120 容易膨脹。由于高分子復(fù)合物130固化和冷卻，它容易收縮和脫離內(nèi)部鋼 管120。此外，內(nèi)部鋼管120在縱向上的收縮得比高分子復(fù)合物130多。 在固化化合物期間，光纖會短時間經(jīng)受400 500 ° F的固化溫度，這會損 壞光纖的聚合物涂層。同樣，化合物的(纖維整理)會與環(huán)氧尸硬化(印oxy curing)干涉。
改進(jìn)細(xì)鋼絲繩電纜的一種方法是給光纖涂覆樹脂套以便形成更耐用 的光纖。圖1B顯示這種光纖，其具有在商業(yè)可獲得的光纖110上的連續(xù)或 長的強(qiáng)化熱固性樹脂套115。
盡管圖1B所示的光纖更強(qiáng)，但是給光纖涂覆化合物樹脂套的過程會導(dǎo) 致一些問題。例如，由于拉擠過程(pultrusion process)中的加載點會引 起光纖的高損失。環(huán)氧尸硬化時發(fā)生的收縮會影響光纖，并產(chǎn)生信號衰減 問題。這需要仔細(xì)處理光纖以便盡可能地減少加載點，并且拉伸過程中的 過拉(overpull)會導(dǎo)致制造困難和耗時。這些光纖元件遇到的信號衰減的 高發(fā)生率在油田分布式溫度系統(tǒng)測量和需要長距離遙控的應(yīng)用中是不能 接受的。

實用新型內(nèi)容
鑒于現(xiàn)有技術(shù)中的電纜存在制造困難和耗時的技術(shù)問題，本實用新型 的一個目的在于提供一種易于制造的電纜。
本實用新型的一個方面涉及一種細(xì)鋼絲繩電纜。根據(jù)本實用新型的一 個實施例的細(xì)鋼絲繩電纜包括預(yù)制的聚合物復(fù)合桿(polymer composite rod)，所述預(yù)制的聚合物復(fù)合桿中具有通道；光纖，所述光纖設(shè)置在通 道中；緊固件，所述緊固件將光纖固定在通道內(nèi)，其中所述緊固件由從聚 合物帶、聚合物層、和聚合物帶與聚合物層的組合所組成的組中選擇的材 料形成；和外部管，所述外部管設(shè)置在聚合物復(fù)合桿的外部，所述聚合物 復(fù)合桿中具有光纖。
本實用新型的另一個方面涉及一種用于制造細(xì)鋼絲繩電纜的方法。.根 據(jù)本實用新型的一個實施例的方法包括如下步驟預(yù)制其中具有至少一個
通道的聚合物復(fù)合桿；將至少一個光纖放置在聚合物復(fù)合桿中的至少一個 通道中；使用聚合物帶、聚合物層、或聚合物帶與聚合物層的組合把至少 一個光纖固定在至少一個通道中；把外部管設(shè)置在聚合物復(fù)合桿上。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的電纜更易于制造。根據(jù)下面的說明和 所附權(quán)利要求，本實用新型的其它方面和優(yōu)點將變得顯然。


圖1A顯示現(xiàn)有技術(shù)的細(xì)鋼絲繩電纜；
圖1B顯示光纖芯的現(xiàn)有技術(shù)設(shè)計，該光纖芯具有包圍光纖的聚合化合 物層；
圖2顯示根據(jù)本實用新型的一個實施例的用于制造細(xì)鋼絲繩電纜的方 法的流程圖3顯示制造本實用新型的一個實施例的光纖芯的過程；
圖4顯示根據(jù)本實用新型的一個實施例的具有兩個光纖的光纖芯；
圖5顯示制造本實用新型的另一個實施例的光纖芯的另一個過程；
圖6顯示制造本實用新型的另一個實施例的光纖芯的過程；
圖7顯示制造本實用新型的另一個實施例的光纖芯的過程；
圖8顯示具有容納本實用新型的實施例的光纖的不同形狀的通道的兩
個光纖；
圖9顯示根據(jù)本實用新型的另一實施例的制造光纖芯的過程，其使用 多個弧形楔件來形成樹脂套；
圖10顯示根據(jù)本實用新型的另一實施例的制造光纖芯的過程，其使用
兩個半圓形件來形成內(nèi)部管；
圖ll顯示根據(jù)本實用新型的另一實施例的制造光纖芯的過程，其使用 兩個聚合桿件來形成容納光纖的內(nèi)部管；
圖12顯示根據(jù)本實用新型的另一實施例的制造光纖芯的過程，其使用
兩個聚合桿件來形成容納光纖的內(nèi)部管；
圖13顯示根據(jù)本實用新型的另一實施例的制造光纖芯的過程，該光纖 芯具有包括多層的內(nèi)部管；
圖14顯示根據(jù)本實用新型的另一實施例的光纖芯，該光纖芯除了具有
光纖外還具有幾個電導(dǎo)線；
圖15A-15C顯示包括根據(jù)本實用新型的一個實施例的混合光纖-電導(dǎo)
線芯中的圍繞電導(dǎo)線的銅屏蔽罩的三個過程；
圖16A和16B顯示本實用新型的實施例的具有電導(dǎo)線的光纖芯，該電導(dǎo)
線包括在與光纖相同的通道中；
圖17顯示根據(jù)本實用新型的一個實施例的制造光纖芯的可選方法，其
使用多個弧形聚合化合物帶來形成樹脂套；
圖18顯示根據(jù)本實用新型的一個實施例的制造光纖芯的另一可選方
法，其使用附接到內(nèi)部管的翼和多個組合帶來形成樹脂套；
圖19顯示根據(jù)本實用新型的一個實施例的細(xì)鋼絲繩電纜的實例，其中
光纖設(shè)置在內(nèi)部金屬管中。
具體實施方式

本實用新型的前述公開和說明是示意性的和說明性，對于本領(lǐng)域熟練 技術(shù)人員而言，在不脫離本實用新型的保護(hù)范圍的情況下，可對尺寸、形 狀和材料以及這里的示意結(jié)構(gòu)或元件的組合的細(xì)節(jié)進(jìn)行變化。此外，電纜 除了包括已經(jīng)說明的元件外，還能夠包括一些其它元件。在本實用新型的
實用新型內(nèi)容和它的詳細(xì)說明中，每個數(shù)值僅用術(shù)語"大約(about)"限 定一次(除非已經(jīng)清楚地如此限定了)，那么將不再次限定除非在本文中有 特別表示。
本實用新型的實施例涉及一種細(xì)鋼絲繩電纜，特別是具有高強(qiáng)度/重 量比的細(xì)鋼絲繩電纜，和制造這種電纜的方法。為了避免在制造過程中光 纖暴露于高溫，光纖可放置在預(yù)制的復(fù)合元件(co即osite components) 組裝的結(jié)構(gòu)中。這種復(fù)合元件可利用光纖、特別是連續(xù)的或長強(qiáng)化纖維。 在一個方面中，在涉及制造細(xì)鋼絲繩電纜的方法的本實用新型的實施例 中，光纖包圍在預(yù)制件組裝的復(fù)合樹脂套中。在另一個方面中，涉及具有 聚合化合物涂覆光纖元件的細(xì)鋼絲繩電纜的本實用新型的實施例可進(jìn)一 步包括電導(dǎo)體元件。
如上所述，制造圖1B所示的傳統(tǒng)細(xì)鋼絲繩電纜或"耐用"光纖的現(xiàn)有 方法是不理想的，因為它們使光纖經(jīng)受高溫。本實用新型的實施例通過預(yù)制元件避免了這些問題中的一些，前述預(yù)制元件組裝形成復(fù)合樹脂套，該 復(fù)合樹脂套包括或形成用于容納光纖的通道。
圖2顯示本實用新型的一個實施例的示意方法。如圖2所示，方法20首 先形成包括用于容納光纖的通道的復(fù)合樹脂套(步驟22)。具有通道的復(fù)合 樹脂套可以幾種方式形成，下面將更詳細(xì)說明。請注意，復(fù)合樹脂套可具 有單個通道或多于一個的通道，以便容納一個或更多個光纖和/或其它線 (例如導(dǎo)線)。樹脂套優(yōu)選地由強(qiáng)化纖維聚合化合物，更優(yōu)選地是連續(xù)的或 長強(qiáng)化纖維聚合化合物。
一旦形成具有用于容納光纖的通道的復(fù)合樹脂套，光纖可放置到通道 中(步驟24)。如果樹脂套以多個單件形成，可在組裝多個單件的同時或之 后執(zhí)行把光纖放置在通道中的步驟。
接下來，光纖固定在樹脂套中(步驟26)。可用各種材料和方法來把光 纖固定在樹脂套中，包括使用帶、聚合層、或它們的組合。聚合層可包括 適當(dāng)?shù)牟牧?，這些適當(dāng)?shù)牟牧习ǖ痪窒抻跓崴苄圆牧?，例如聚四?乙烯一全氟甲基乙醚聚合物 (polytetrafluoroethylene-perfluoromethylvinylether polymer， MFA)，全氟烷氧鏈烷聚合物(perfluoro-alkoxyalkane polymer, PFA),聚 四氟乙烯(polytetrafluoroethylene polymer, PTFE)，乙烯一四氟乙烯 聚合物(ethylene-tetrafl置oethylene polymer, ETFE)，乙烯一丙烯共 聚物(ethylene-propylene copolymer, EPC)，聚乙烯(4-甲基-l-戊烯)(可 從Mitsui Chemicals, Inc.得到TPX⑧)，其它的聚烯烴，其它的含氟聚合 物，聚乙烯芳基乙醚酮聚合物(polyaryletherether ketone polymer, PEEK),聚亞苯基硫化聚合物(polyphenylene sulfide polymer, PPS)， 改性聚亞苯基硫化聚合物(modified polyphenylene sulfide polymer), 聚醚酮聚合物(polyether ketone polymer, PEK),順丁烯二酐改性聚合 物(maleic anhydride modified polymers), Parmax SRP聚合物(由 Mississippi Polymer Technologies, Inc基于替代聚乙烯(1, 4-亞苯基) 結(jié)構(gòu)制造的自加強(qiáng)聚合物，前述替代聚乙烯(1,4-亞苯基)結(jié)構(gòu)中的每個亞 苯基具有來自大范圍有機(jī)基的取代R基)等，以及它們的混合物，或者設(shè)置 是環(huán)氧等熱塑性材料。 一旦制成光纖芯，絕緣層可放置在光纖組件上，并
且外部金屬管可在樹脂套或絕緣層上拖拽以便完成細(xì)鋼絲繩電纜(步驟
28)。
在本實用新型的實施例中，細(xì)鋼絲繩電纜結(jié)合至少一個光纖，該光纖 可任何通常可得到的光纖。這種光纖例如可由玻璃或塑料材料制成。光纖 可以是單或多樣式光纖，也可使用彎曲不敏感光纖(bend-insensitive optical fibers)。在根據(jù)本實用新型的一些實施例中，光纖可涂覆樹脂， 例如丙烯酸脂、硅樹脂、全氟垸氧脂(perfluoroalkoxy， PFA)、聚亞胺樹 脂等。在本實用新型的一些實施例中，光纖在相對于光纖束的中心軸線定 向成零放置角度或適當(dāng)放置角度的地方可捆成束。在光纖處于非零度的放 置角度的情況中，優(yōu)選地相對于光纖束的中心軸線的角度為1 21度，更 優(yōu)選地相對于光纖束的中心軸線的角度為1 15度。
如上所述，包圍光纖的復(fù)合樹脂套優(yōu)選地由強(qiáng)化纖維聚合化合物制 成。用于本實用新型的強(qiáng)化纖維聚合化合物的聚合物可以是熱塑性樹脂或 熱固性樹脂。熱固性樹脂可以包括環(huán)氧、酯、亞胺羧等。熱塑性樹脂例 如可以包括聚醚酮酮(polyether ketone ketone, PEKK);聚醚醚酮 (polyether ether ketone, PEEK);聚醚酮(polyether ketone, PEK〉； 聚苯硫醚(polyphenylene sulfide ， PPS)和含氟聚合物(例如， Tefzel (DuPont， Wilmington, DE)， PFA)，聚四氟乙烯一全氟甲基乙醚聚 合物(TFE-Perfluoromethylvinylether copolymer, MFA)，氟化乙烯丙烯 聚合物(FEP)，和乙烯 一 氯三氟乙烯共聚物 (ethylene-chlorotrifluoroethylene copolymer, ECTFE))。
根據(jù)本實用新型的實施例，強(qiáng)化纖維聚合化合物中使用的纖維可以 是碳；玻璃；芳族聚酰胺(例如Kevla^、 Twaror^等)；石英；陶瓷； 或其它金屬，例如鋁、鋼；或其它適當(dāng)?shù)暮辖?。這些纖維優(yōu)選是用于強(qiáng)化 形成包圍光纖的樹脂套的聚合物的長連續(xù)纖維。根據(jù)本實用新型的一些實 施例，也可使用長切割纖維(long cut fibers)。
本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員可以知道，細(xì)鋼絲繩電纜的其它元件可以包括例 如絕緣層和外部管。用于絕緣層的材料可以包括乙烯一丙烯共聚物 (ethylene-propylene copolymer, EPC)、聚乙烯(4_甲基-1-戊烯)(可從 Mitsui Chemicals, Inc.得到TPX—和聚乙烯等聚合物；或氟化乙烯丙烯(FEP)聚合物、乙烯一四氟乙烯聚合物(TefzeW)、全氟垸氧鏈烷聚合物 (perfluoro-alkoxyalkane polymer, PFA)、 聚四氟乙烯聚合物 (polytetrafluoroethylene polymer, PTFE)、聚四氟乙烯一全氟甲基乙 醚聚合物 (polytetrafluoroethylene-perfluorome勿lvinylether polymer, MFA)和乙烯一四氟乙烯的聚合物(ETFE)等含氟聚合物。圍繞細(xì) 鋼絲繩電纜的外部管例如可以是鋼、Inconel (Special Metals Corporation, New Hartford, NY) 、 MP35 (H. C. Starck, Inc., Newton, MA)、或其它任何適當(dāng)?shù)暮辖稹?br> 根據(jù)本實用新型的實施例，用于包圍光纖的復(fù)合樹脂套可包括單件 (單一整體桿)或幾個部分的桿?？捎酶鞣N方法制備這種桿或多個部分的 桿，可用各種方法把光纖組裝進(jìn)這種桿(復(fù)合樹脂套)中，然后組裝進(jìn)細(xì)鋼 絲繩電纜中。下面將在實例中說明這些方法。
根據(jù)本實用新型的一些實施例，細(xì)鋼絲繩電纜用的復(fù)合樹脂套可以包 括單個聚合物桿。如圖3所示，具有用于放置光纖的通道302的聚合物復(fù)合 桿301可通過擠出、拉擠(pultrusion)或滾擠(rolltrusion)制造。通道302 形成有芳香族聚酰胺(例如，產(chǎn)自DuPont， Wilmington, DE的Kevla^)線 303，該芳香族聚酰胺線303用作光纖的占位物(placeholder),以便在聚 合物復(fù)合桿301中產(chǎn)生通道302。
如圖3所示，以六個步驟顯示該方法。在步驟A中，聚合物復(fù)合桿301 形成有包圍在其中的聚芳基酰胺線303，以便產(chǎn)生通道302。在聚合物復(fù) 合桿301冷卻后，聚芳基酰胺線303冷卻并收縮，聚合物復(fù)合桿301 然后可刻劃(步驟B)而在聚合物復(fù)合桿301中形成開口304 (步驟C)。然后， 聚芳基酰胺線303去除(步驟D)，在聚合物桿301中留下通道302。在 步驟E中，光纖110可放置在通道302中。最后，熱塑性或熱固性材料 305(本實例中是帶的形式)可施加在聚合物復(fù)合桿301上以便把光纖 110保持在位(步驟F)。如果使用帶，那么帶可由與聚合物復(fù)合桿301以 及擠出的聚合物層結(jié)合的任何適當(dāng)?shù)臒崴苄曰驘峁绦詮?fù)合材料形成。可選 地，聚合物材料(例如PEEK, PEK， PEKK或PPS)可以是在聚合物復(fù)合桿上擠
出的管，以便把光纖保持在適當(dāng)位置。在一些實施例中，可使用帶和聚合 物層的組合。
盡管圖3所示方法顯示了在聚合物復(fù)合桿301中形成單個通道302,但 是該方法也可用于形成具有多于一個通道的桿，如圖4所示，其顯示具有 兩個通道402的聚合物復(fù)合桿401。
兩個通道402可用于保持兩個光纖、光纖和導(dǎo)線的組合、或其它組合。 本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員可以知道，可在聚合物復(fù)合桿中制成任何數(shù)量的通 道。
盡管上述實例使用聚芳基酰胺線作為在樹脂套中形成通道的占位物， 但是也可使用不與強(qiáng)化纖維聚合化合物粘結(jié)的其它材料。例如，根據(jù)本實 用新型的一些實施例，可使用一些聚合物(沒有纖維強(qiáng)化或具有短纖維強(qiáng)
化)形成光纖用通道。這些聚合物可包括熱塑性材料，例如PEEK; PEK; PEKK; PPS;聚丙烯(PP); TPX ;或EPC。另外，其它聚合物包括聚酰 胺、聚酯和含氟聚合物。這些材料可包括尼龍-6;尼龍-ll;尼龍-12; 尼龍-66;聚丁烯三鄰苯二甲酸酯(polybutylene terphthalate ， PBT); 全氟乙烯聚合物(FEP); Halar (Solvay Solexis， Hillsborough, NJ); MFP; PFA;和Tefzel⑧。
在上述實例中，在形成復(fù)合樹脂桿的過程中形成容納光纖的通道。本 領(lǐng)域熟練技術(shù)人員可以知道的是，光纖用通道也可在強(qiáng)化纖維聚合物復(fù)合 桿已經(jīng)拉擠、擠出或滾擠之后通過機(jī)加工形成。圖5顯示這些方法的一個 示意。如圖所示，首先形成聚合物復(fù)合桿501(狀態(tài)A)，例如通過拉擠、 擠出或滾擠。然后，在桿501上機(jī)加工用來容納光纖的通道502(狀態(tài)B)。 接下來，光纖IIO放置在通道中(狀態(tài)C)。最后，用帶、聚合物層、或帶 和聚合物層的組合來密封通道(狀態(tài)D)。
可選地，在形成復(fù)合桿期間，強(qiáng)化纖維聚合化合物可拉擠、擠出、或 滾擠成包括通道，而不借助占位物。例如，如圖6顯示，強(qiáng)化纖維聚合物 復(fù)合桿601制有通道602(狀態(tài)A)。光纖110然后放置到通道602中(狀態(tài)B)。 之后，用帶、聚合物層、或帶和聚合物層的組合來把光纖固定在位(狀態(tài) C)。請注意，沒有表示通道如何形成，通道可構(gòu)造成寬松或松弛地容納光 纖。
以上說明的實例具有單個整件構(gòu)造的樹脂套。本實用新型的一些實施 例可具有多個部件構(gòu)造的復(fù)合樹脂桿，這些多個部件組裝形成復(fù)合樹脂桿
(或套)。例如，圖7所示，兩個強(qiáng)化纖維聚合化合物部件(701A, 701B)可 構(gòu)造有互補的輪廓，用于當(dāng)組裝時形成通道702。互補形狀的強(qiáng)化纖維聚 合物部件701A， 701B可通過拉擠、擠出或滾擠(狀態(tài)A)形成。盡管所示 的兩個部件701A和701B具有不同尺寸，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以 知道的是，它們可具有相同尺寸和/或形狀。 一個或更多個光纖110可設(shè) 置在通過組裝形成通道的地方(狀態(tài)B)。最后，兩個部件701A和701B通 過熱塑性或熱固性帶、聚合物或帶和聚合物的組合組裝和固定在一起。請 注意，通過多個部件的組裝形成的通道不需要貼身地裝配光纖，并且通道 可具有各種形狀。圖8顯示多個部件組裝后的具有不同形狀的通道的一些 實例。
盡管圖7中的實例使用兩個部件形成復(fù)合樹脂套，但是圖9顯示另一個
實例，該實例包括由六個弧形輪廓部件形成的復(fù)合樹脂桿/套。如圖9所示， 光纖110可首先包裹在內(nèi)部聚合物管112中，該內(nèi)部聚合物管112可由具有 或不具有短切割纖維的聚合物制成(狀態(tài)A)。弧形輪廓楔901可圍繞內(nèi)部聚 合物管112的圓周組裝以便形成復(fù)合樹脂套(狀態(tài)B)?；⌒屋喞?01可通 過拉擠、擠出、或滾擠強(qiáng)化纖維聚合化合物形成。弧形輪廓楔901之間的 空間可用新鮮橡膠906填充，內(nèi)部聚合物管可使用同樣的方法和同樣的聚 合化合物112 (狀態(tài)C)。此外，新鮮橡膠層907可涂覆在組裝好的桿上， 以便幫助固定組裝件?？捎眠m當(dāng)?shù)姆椒ò研迈r橡膠(virgin polymer)填充 在桿的間隙中和桿上，例如擠壓。
最后，短纖維強(qiáng)化聚合物的另一層909(其可以是絕緣層)可放置在外 層907上以便完成光纖組裝。請注意，用于內(nèi)部聚合物管112的聚合物、填 充在連續(xù)或長纖維強(qiáng)化聚合物楔之間的聚合物906、涂層907、組合中使用 的聚合物、和最終層909可包括相同的基礎(chǔ)聚合物。整個組件能夠放置在 外部金屬管中，如同傳統(tǒng)的細(xì)鋼絲繩電纜。
在圖9所示實例中，內(nèi)部聚合物管112由單個整體件構(gòu)成。本領(lǐng)域普 通技術(shù)人員可以知道的是，該內(nèi)部聚合物管或復(fù)合樹脂套還可采用與圖7 一9相似的方式由多個部件構(gòu)造成。此外，多個部件的分界面可構(gòu)造成組 裝時能夠互鎖。
圖10顯示由兩個板圓形分段1001形成的內(nèi)部復(fù)合樹脂套管的實例。兩
個半圓形部件1001圍繞光纖110組裝，然后聚合物層1007擠壓在組裝件上 (兩個部件1001之間)以便把"復(fù)合樹脂套"固定在光纖IIO (狀態(tài)B)上， 并形成更加圓的圓形輪。最后，外部金屬管1009可在組件上牽引拉拽以便 完成光纖元件(狀態(tài)C)。
圖10顯示的兩個半圓形部件組裝時不需要具有圓形外輪廓。事實上， 如圖11所示，在制造期間，平坦表面的結(jié)合可便于部件位置的控制，并且 在用于形成這些輪廓的拉擠期間能夠允許更好地控制尺寸。如圖10所示， 圖ll所示的兩個部件可以相似方式組裝，在組裝后聚合物層1011擠壓在兩 個部件1007上。聚合物層1011有助于固定兩個部分組件和產(chǎn)生圓形外輪 廓。最后，外部金屬管1009可在聚合物層1011上牽引拖拽，以便完成光纖 元件。圖ll所示的兩個部件之間的分界面還可構(gòu)造成當(dāng)組裝時彼此互鎖。
圖12顯示另一個實施例，其中組裝形成內(nèi)部管的兩個部件的外輪廓具 有大致平坦表面。本領(lǐng)域的普通技術(shù)可以知道，在不脫離本實用新型的保 護(hù)范圍的情況下，其它修改和變化是可能的。此外，盡管上述實例顯示在 組件中具有一個光纖，但是可在中心管中結(jié)合任意數(shù)量的光纖，該中心管 可由新鮮橡膠(virgin polymer)、短纖維強(qiáng)化聚合物、長纖維強(qiáng)化聚合物、
或連續(xù)纖維強(qiáng)化聚合物。同樣，多個光纖可螺旋地捆綁在一起，并代替相 對于軸線定向成零放置角度(lay angle)的一個或多個光纖。
上述圖1A和9顯示包裹光纖的內(nèi)部管由單層管制成。然而，本實用新 型的實施例可包括由多層制成的內(nèi)部管。圖13顯示在內(nèi)部管中包括兩層的 實例。如圖所示，兩層中每層包括兩個半圓形半體，兩個半圓形半體可如 上所述地組裝。另外，兩個半圓形半體之間的分界面構(gòu)造成互鎖。
本實用新型的一些實施例涉及細(xì)鋼絲繩電纜，該細(xì)鋼絲繩電纜還包括 一個或更多個電導(dǎo)線。該電導(dǎo)線可以是標(biāo)準(zhǔn)的絕緣導(dǎo)線或?qū)盈B介電導(dǎo)線 (stacked dielectric conductor)，例如美國專利No 6, 600， 108中所述的
層疊介電導(dǎo)線，通過引用它們結(jié)合到本文中。電導(dǎo)線可包括在與容納光纖 相同的通道中或不同的通道中。可選地，這種電導(dǎo)線可嵌在細(xì)鋼絲繩電纜 中的一個或多個聚合物層中。該聚合物層包括形成包裹光纖的內(nèi)部管或前 述連續(xù)長強(qiáng)化纖維聚合物復(fù)合桿(樹脂套)的層。圖14顯示了一個實例。如 圖14所示，銅線1401嵌在形成內(nèi)部管的聚合物層中。這些導(dǎo)線可放置在聚
合物層中的零放置角度(或任何適當(dāng)放置角度)。
如果考慮射頻(rf)或電磁干擾(EMI)，導(dǎo)線用適當(dāng)材料屏蔽。例如， 為了減少射頻干擾，可使用銅、鋁、鍍鋅鋼、或?qū)щ娤鹉z、塑料或漆。在 本實用新型的一些實施例中，屏蔽(例如銅屏蔽)可設(shè)置在絕緣導(dǎo)線上以便 射頻干擾最小。屏蔽可使用適當(dāng)?shù)你~板、圓線或銅帶等形式的材料制備。
圖15A -15C顯示放置屏蔽(例如，銅屏蔽)的三種不同方法。圖15A顯 示使用帶1510形式的材料的"香煙包裹(cigarette wrapping)"方法。在 該方法中，帶是縱向地包裹在導(dǎo)線上的金屬薄片、醋酸鹽。圖15B顯示圍 繞導(dǎo)線以螺旋形路徑包裹帶1512或線的方法。圖15C顯示沿縱向放置的兩 個帶1514 (或平板件)的方法，當(dāng)兩個半圓形件組裝形成圍繞導(dǎo)線的管時 該兩個帶1514夾著導(dǎo)線并圍繞導(dǎo)線包裹。請注意，這些方法僅用于說明。 本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以知道，在不脫離本實用新型的保護(hù)范圍內(nèi)，具有 其它變化例。
根據(jù)本實用新型的一些實施例，細(xì)鋼絲繩電纜可包括一個或多個光纖 和一個或多個導(dǎo)線，g卩，電線一光纖混合型細(xì)鋼絲繩。如圖16A所示，根 據(jù)本實用新型的一個實施例的細(xì)鋼絲繩可包括光纖1610和纏繞光纖1610 的幾個導(dǎo)線。電線一光纖混合型芯保持在聚合物(例如紫外固化環(huán)氧物(UV curable印oxy)、熱塑性樹脂等)制的內(nèi)部管1620中。內(nèi)部管1620被復(fù)合 樹脂套1630包圍，復(fù)合樹脂套1630可由上述連續(xù)或長強(qiáng)化纖維聚合化合 物制成。聚合物1640的附加層(例如絕緣層)可設(shè)置在樹脂套1630的外部。 樹脂套1630可由紫外固化環(huán)氧物、熱塑性樹脂或其它適當(dāng)材料等制成。最 后，外部金屬管1650在聚合物層1640上牽引拖拽以便完成細(xì)鋼絲繩電纜。 請注意，本實施例中的聚合物層可由紫外固化環(huán)氧物制成。通過使用紫外 固化環(huán)氧物，無需使光纖經(jīng)受當(dāng)在光纖上擠出或拉擠熔融聚合物時遇到的 加熱問題。放置在電纜的中心軸線上的光纖實際上可由一個或多個光纖形 成，在一些情況中，可以一束螺旋定向的光纖形式形成，甚至以多個光纖 圍繞中心光纖定向的方式形成。
圖16A中所示的實施例僅用于說明。在不脫離本實用新型的保護(hù)范圍 的情況下，可有其它變化和修改。例如，圖16B顯示一變化例，其中多于 一個的光纖包括在細(xì)鋼絲繩電纜中。例如，其它變化例可包括圖2 — 15中
的任何特征。例如，電纜中的一個或多個聚合物層可包括多個部件。組裝 的不同部件之間的分界面可構(gòu)造成具有互補輪廓或具有互鎖特征。
其它變化例可包括使用弧形連續(xù)或長強(qiáng)化纖維聚合化合物帶來形成
樹脂套，該樹脂套保持光纖芯。如圖17所示，幾個弧形連續(xù)或長強(qiáng)化纖維 聚合化合物帶1701圍繞光纖一導(dǎo)線芯組裝以形成復(fù)合樹脂套1730。請注 意，弧形強(qiáng)化纖維聚合化合物帶的幾個層可用于形成多層樹脂套。然后， 熱固或熱塑層1740施加在復(fù)合樹脂套1730上，熱固或熱塑層1740可以是 絕緣層。熱固或熱塑層1740可結(jié)合到復(fù)合帶上的樹脂或不結(jié)合到復(fù)合帶上 的樹脂。最后，外部金屬管1750在熱固或熱塑層1740上牽引拖拽以便完成 細(xì)鋼絲繩電纜。
圖18顯示另一變化例。如圖18所示，光纖一導(dǎo)線芯可包裹在內(nèi)部聚合 物管中，內(nèi)部聚合物管可具有翼1801。翼1801設(shè)計成填充弧形聚合化合物 帶1803之間的間隙，弧形聚合化合物帶1803用于組裝形成復(fù)合樹脂套。一 旦樹脂套形成，附加聚合物層1805可擠壓在復(fù)合樹脂套上。用于附加聚合 物層1805的聚合物可以與構(gòu)成翼1801的聚合物相同。適當(dāng)?shù)牟牧侠缈砂?括PEEK或其它熱塑樹脂。最后，外部金屬管1807可在附加聚合物層1805 上牽引拖拽以便完成細(xì)鋼絲繩電纜。
盡管上述大部分實例被描述成具有包裹光纖的聚合物，但是本實用新 型的實施例不局限于這種光纖設(shè)計。圖19顯示一個實例，其中一個或多個 光纖被包裹在內(nèi)部金屬管中。該實施例與圖1A所示的細(xì)鋼絲繩電纜中的傳 統(tǒng)光纖芯相似。
如圖19所示，光纖1910松弛地設(shè)置在內(nèi)部管1920中，或者甚至螺旋捆 綁地設(shè)置在內(nèi)部管1920中，內(nèi)部管1920可以是金屬或塑料的，內(nèi)部管1920 被包裹在預(yù)制元件制成的復(fù)合樹脂套1930中。復(fù)合樹脂套1930的外部可 涂覆有附加聚合物層1940。最后，外部金屬管1950在附加聚合物層1940 上牽引拖拽以便完成細(xì)鋼絲繩電纜。
有利地，本實用新型具有下面的一個或多個優(yōu)點。本實用新型的一些 實施例具有光纖芯，該光纖芯形成有預(yù)先形成的樹脂套，從而使得光纖在 制造過程中不經(jīng)受高溫。樹脂套可由一個或多個部件形成，該一個或多個 部件組裝形成容納光纖的通道。本實用新型的一些實施例包括在細(xì)鋼絲繩
電纜中的電導(dǎo)線用于傳導(dǎo)電力或電信號。
盡管已經(jīng)根據(jù)有限數(shù)量的實施例說明了本實用新型，但是對于本領(lǐng)域 的熟練技術(shù)人員而言，受益于本實用新型的公開，在不脫離本實用新型的 保護(hù)范圍的情況下，能夠?qū)崿F(xiàn)其它實施例。因此，本實用新型的保護(hù)范圍 僅由所附權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求1.一種電纜，其特征是，所述電纜包括預(yù)制的聚合物復(fù)合桿，所述預(yù)制的聚合物復(fù)合桿中具有通道；光纖，所述光纖設(shè)置在通道中；和緊固件，所述緊固件將光纖固定在通道內(nèi)，其中所述緊固件由從聚合物帶、聚合物層、和聚合物帶與聚合物層的組合所組成的組中選擇的材料形成。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電纜，其特征是，所述電纜還包括設(shè)置在聚 合物復(fù)合桿外部的外部管，所述聚合物復(fù)合桿中具有光纖。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電纜，其特征是，還包括包裹光纖的內(nèi)部管。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的電纜，其特征是，所述內(nèi)部管是金屬管。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的電纜，其特征是，所述內(nèi)部管是聚合物管。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的電纜，其特征是，所述聚合物管由多個部件 組裝成。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電纜，其特征是，所述聚合物復(fù)合桿由連續(xù) 或長纖維強(qiáng)化復(fù)合物制成。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電纜，其特征是，所述聚合物復(fù)合桿包括多 個部件和通過組裝所述多個部件而形成在聚合物復(fù)合桿中的通道。
9. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電纜，其特征是，所述聚合物復(fù)合桿包括多 個部件和通過組裝所述多個部件而形成在聚合物復(fù)合桿中的通道。
10. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電纜，其特征是，所述電纜還包括設(shè)置在 外部管和聚合物復(fù)合桿之間的絕緣層。
11. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電纜，其特征是，所述外部管是金屬管。
12. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電纜，還包括至少一個電導(dǎo)線。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的電纜，其特征是，所述至少一個電導(dǎo)線是從絕緣導(dǎo)線和層疊介電導(dǎo)線中選擇的。
14. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的電纜，其特征是，所述至少一個電導(dǎo)線與 所述光纖一起設(shè)置在通道中。
15. 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的電纜，其特征是，所述至少一個電導(dǎo)線嵌 在聚合物復(fù)合桿中。
16. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的電纜，還包括圍繞所述至少一個電導(dǎo)線的屏蔽。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的電纜，其特征是，所述屏蔽是銅屏蔽。
18. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電纜，其特征是，所述電纜是細(xì)鋼絲繩電 纜。
19. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電纜，其特征是，所述電纜配送到井眼中。
20. —種電纜，其特征是，所述電纜包括-預(yù)制的聚合物復(fù)合桿，所述預(yù)制的聚合物復(fù)合桿中具有通道； 光纖，所述光纖設(shè)置在通道中；和外部管，所述外部管設(shè)置在聚合物復(fù)合桿的外部，所述聚合物復(fù)合桿 中具有光纖。
專利摘要本實用新型公開一種電纜，包括預(yù)制的聚合物復(fù)合桿，所述預(yù)制的聚合物復(fù)合桿中具有通道；光纖，所述光纖設(shè)置在通道中；緊固件，所述緊固件將光纖固定在通道內(nèi)，其中所述緊固件由從聚合物帶、聚合物層、和聚合物帶與聚合物層的組合所組成的組中選擇的材料形成；和外部管，所述外部管設(shè)置在聚合物復(fù)合桿的外部，所述聚合物復(fù)合桿中具有光纖。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的電纜更易于制造。
文檔編號H01B11/00GK201188138SQ20082000980
公開日2009年1月28日 申請日期2008年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月18日
發(fā)明者丹·塔巴蘭, 弗拉基米爾·赫爾南德斯-索羅斯, 約瑟夫·瓦凱, 金秉俊, 阿尼爾·塞恩, 香農(nóng)·尼姆強(qiáng) 申請人:普拉德研究及開發(fā)股份有限公司