深水動態(tài)海底電纜束的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種深水動態(tài)海底電纜束。它包括若干電力電纜單元、電纜空隙填充材料和動態(tài)壓載單元，所述電纜空隙填充材料和所述動態(tài)壓載單元的橫截面均為圓形，所述電力電纜單元、所述電纜空隙填充材料和所述動態(tài)壓載單元絞合成纜；所述電纜空隙填充材料和所述動態(tài)壓載單元均均勻布置于所述電力電纜單元之間的空隙；所述絞合成纜得到的繩纜外依次包覆有內(nèi)墊層、螺旋金屬鎧裝層和外護(hù)層。本發(fā)明將多根電纜集束到一根深水海底動態(tài)電纜中，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)同時為多個水下增壓泵和電潛泵等用電設(shè)備供電，還大大減少了深水油氣田開發(fā)過程中海底電纜的數(shù)量和敷設(shè)成本，且通用性強(qiáng)，能夠應(yīng)用到不同深水油氣田開發(fā)中。
【專利說明】深水動態(tài)海底電纜束
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種深水動態(tài)海底電纜束，屬于海洋工程【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]深水油氣開發(fā)正在成為我國海洋石油工業(yè)的主要增長點(diǎn)和科技創(chuàng)新的前沿。水下生產(chǎn)系統(tǒng)作為深水油氣田的一種重要開發(fā)模式，是一種海洋石油天然氣資源開發(fā)的新技術(shù)。在水下生產(chǎn)系統(tǒng)中，一般采用水下增壓泵或采油電潛泵增壓采油。而在一個油氣田中往往有多個水下井口進(jìn)行采油作業(yè)。由于每口生產(chǎn)井的地質(zhì)油藏參數(shù)不一樣，每口井的采油電潛泵或水下增壓泵的參數(shù)不同，對供電電源的要求也不同，往往采用“一對一”變頻控制電潛泵或水下增壓泵，每個電潛泵或增壓泵都需要有一根電纜供電，這就要求有多根海底電纜向不同水下井口采油樹電潛泵或增壓泵供電。海纜的數(shù)目越多，海纜敷設(shè)路由所占用的海域面積越大，海底電纜的敷設(shè)施工時間越長。由于海纜(特別是深水海底電纜)的海上施工成本非常高，海底電纜越多，施工成本就越高，油氣田開發(fā)成本就越高。如果能夠?qū)⒍喔娎|集束到一根海底電纜中，能減少油氣田開發(fā)過程中海底電纜的數(shù)量和敷設(shè)成本。[0003]深水油氣田的開發(fā)，往往采用浮式生產(chǎn)平臺或浮式生產(chǎn)儲油輪(FPSO)加水下生產(chǎn)系統(tǒng)的模式，需要通過海底電纜將電力從浮式生產(chǎn)設(shè)施上輸送到水下生產(chǎn)系統(tǒng)中。這就要求海底電纜能夠適應(yīng)浮式生產(chǎn)設(shè)施的動態(tài)特性及深水海洋波浪、流等環(huán)境條件，需要采用動態(tài)海底電纜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種深水動態(tài)海底電纜束，本發(fā)明中多個電纜單元通過合理布置構(gòu)成電纜束，實(shí)現(xiàn)通過一根海底電纜束同時為水下多個增壓泵和電潛泵供電的目的，大大降低了海底電纜的敷設(shè)施工成本。同時利用動態(tài)壓載單元和二層或多層螺旋金屬鎧裝，使海底電纜適應(yīng)浮式生產(chǎn)設(shè)施的動態(tài)特性及深水海洋環(huán)境條件。
[0005]本發(fā)明所提供的一種深水動態(tài)海底電纜束，包括若干電力電纜單元、電纜空隙填充材料和動態(tài)壓載單元，所述電纜空隙填充材料和所述動態(tài)壓載單元的橫截面均為圓形，所述電力電纜單元、所述電纜空隙填充材料和所述動態(tài)壓載單元絞合成纜；所述電纜空隙填充材料和所述動態(tài)壓載單元均均勻布置于所述電力電纜單元之間的空隙；
[0006]所述絞合成纜得到的繩纜外依次包覆有內(nèi)墊層、螺旋金屬鎧裝層和外護(hù)層。
[0007]上述的海底電纜束中，所述電力電纜單元為單芯電力電纜單元或三芯電力電纜單元。
[0008]上述的海底電纜束中，所述深水動態(tài)海底電纜束包括所述單芯電力電纜單元的數(shù)量為3η，其中η為≥2的自然數(shù)，如為6、9、12、15或18，即形成6芯、9芯、12芯、15芯或18芯的電纜束。
[0009]上述的海底電纜束中，所述深水動態(tài)海底電纜束包括所述三芯電力電纜單元的數(shù)量不小于3。[0010]上述的海底電纜束中，所述深水動態(tài)海底電纜束包括所述三芯電力電纜單元的數(shù)量可為3?6之間的自然數(shù)，具體為3、4、5、或6，即形成9芯、12芯、15芯或18芯的電纜束。
[0011]上述的海底電纜束中，所述電力電纜單元、所述電纜空隙填充材料和所述動態(tài)壓載單元以同心圓旋轉(zhuǎn)的方式進(jìn)行絞合成纜。
[0012]上述的海底電纜束中，所述深水動態(tài)海底電纜束包括至少2層所述螺旋金屬鎧裝層，具體所需層數(shù)更具深水動態(tài)海底電纜束所應(yīng)用的海域確定；所述螺旋金屬鎧裝層由多個金屬圓單線螺旋纏繞于所述內(nèi)墊層外圍，金屬圓單線一般為鍍鋅低碳鋼，也可以為不銹鋼、銅等具有一定機(jī)械強(qiáng)度和質(zhì)量并且耐腐蝕的金屬；相鄰所述螺旋金屬鎧裝層的螺旋方向相反。
[0013]上述的海底電纜束中，所述電纜空隙填充材料由柔性聚合物制成，如聚丙烯，具有耐海水腐蝕性能；
[0014]所述動態(tài)壓載單元由金屬鋼制成，如塑料模具鋼GSW2083，所述動態(tài)壓載單元能夠確保整條動態(tài)海底電纜束具有一定的質(zhì)量，使其在深水中受到適當(dāng)?shù)闹亓?，?dāng)受到深水海洋環(huán)境條件的影響而運(yùn)動時，運(yùn)動幅度保持在一定范圍內(nèi)，進(jìn)而保持一定的疲勞壽命。
[0015]上述的海底電纜束中，所述內(nèi)墊層由聚乙烯、聚氯乙烯、聚酰胺或聚氨酯制成，用于保護(hù)成束的電纜及所述電纜空隙填充材料，使其免受腐蝕和磨損；
[0016]所述外護(hù)層由聚乙烯制成，其為深水海底動態(tài)電纜束提供整潔美觀的外表面同時，阻止海水進(jìn)入所述螺旋金屬鎧裝層，為所述螺旋金屬鎧裝層提供了相對干燥的環(huán)境，避免其直接暴露在海水中。所述外護(hù)層還具有一定的摩擦系數(shù)，使其在安裝過程中為敷設(shè)船上的牽引裝置提供適當(dāng)?shù)膴A緊力和牽引力。
[0017]本發(fā)明“深水動態(tài)海底電纜束”懸掛在浮式平臺或其他浮式設(shè)施上，海底電纜束懸浮在海水中，因其受到波浪、潮流等作用，一直處于幅值不一運(yùn)動狀態(tài)(DYNAMIC)，是相對與靜止(STATIC)的一種狀態(tài))，因此為一種“動態(tài)”電纜束。
[0018]本發(fā)明深水動態(tài)海底電纜束具有如下有益效果:
[0019]本發(fā)明將多根電纜集束到一根深水海底動態(tài)電纜中，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)同時為多個水下增壓泵和電潛泵等用電設(shè)備供電，還大大減少了深水油氣田開發(fā)過程中海底電纜的數(shù)量和敷設(shè)成本，且通用性強(qiáng)，能夠應(yīng)用到不同深水油氣田開發(fā)中。通過配置合適的兩層或多層螺旋鎧裝及動態(tài)壓載單元，使本發(fā)明能夠適應(yīng)深水海洋環(huán)境條件的動態(tài)特性，達(dá)到一定的疲勞壽命。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為單芯電力電纜單元的結(jié)構(gòu)示意圖，是組成深水動態(tài)電纜束的主要元件。
[0021]圖2為6芯深水動態(tài)海底電纜束的結(jié)構(gòu)示意圖，可供兩臺水下增壓泵或電潛泵等用電設(shè)備供電。
[0022]圖3為三芯電力電纜單元的結(jié)構(gòu)示意圖，是組成深水動態(tài)電纜束的主要元件。
[0023]圖4為9芯深水動態(tài)海底電纜束的結(jié)構(gòu)示意圖，可供三臺水下增壓泵或電潛泵等用電設(shè)備供電。
[0024]圖5為12深水芯動態(tài)海底電纜束的結(jié)構(gòu)示意圖，可供四臺水下增壓泵或電潛泵等用電設(shè)備供電。[0025]圖6為15芯深水動態(tài)海底電纜束的結(jié)構(gòu)示意圖，可供五臺水下增壓泵或電潛泵等用電設(shè)備供電。
[0026]圖7為18芯深水動態(tài)海底電纜束的結(jié)構(gòu)示意圖，可供六臺水下增壓泵或電潛泵等用電設(shè)備供電。
[0027]圖中各標(biāo)記如下:
[0028]I導(dǎo)體、2導(dǎo)體屏蔽層、3絕緣層、4絕緣屏蔽層、5金屬屏蔽層、6金屬阻水護(hù)套、7保護(hù)層、8單芯電力電纜單元、9電纜空隙填充材料、10動態(tài)壓載單元、11內(nèi)墊層、12螺旋金屬鎧裝層、13外護(hù)層、14三芯電力電纜單元。
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步說明，但本發(fā)明并不局限于以下實(shí)施例。
[0030]如圖1所示，為單芯電力電纜單元的結(jié)構(gòu)示意圖，其包括導(dǎo)體1、導(dǎo)體屏蔽層2、絕緣層3、絕緣屏蔽層4、金屬屏蔽層5、金屬阻水護(hù)套6和保護(hù)層7等。導(dǎo)體I由實(shí)心銅單線絞合而成。在導(dǎo)體I外擠包有導(dǎo)體屏蔽層2，為半導(dǎo)電材料。導(dǎo)體屏蔽層2外擠包有絕緣層3，絕緣層3可以是交聯(lián)聚乙烯、聚乙烯或乙丙橡膠。絕緣層3外擠包絕緣屏蔽層4，絕緣屏蔽層4為半導(dǎo)電材料。導(dǎo)體屏蔽層2、絕緣層3和絕緣屏蔽層4采用三層共擠，三層結(jié)構(gòu)持續(xù)同步擠出。在絕緣屏蔽層4外纏繞金屬屏蔽層5，用于抵抗外部電磁干擾，同時防止導(dǎo)體對外輻射電磁干擾。金屬屏蔽層5外部為一層金屬阻水護(hù)套6，用于阻止水分入侵，可以為鉛護(hù)套，也可以是銅護(hù)套，或者其他金屬或合金材料。當(dāng)金屬阻水護(hù)套6采用導(dǎo)電的金屬材料，例如采用銅護(hù)套，則可以省去金屬屏蔽層5。金屬阻水護(hù)套外為擠出聚合物保護(hù)層7，聚合物可以是聚氯乙烯、聚酰胺和聚氨酯。
[0031 ] 如圖2所示，為6芯深水動態(tài)海底電纜束，其包括單芯電力電纜單元8、電纜空隙填充材料9、動態(tài)壓載單元10、內(nèi)墊層11、螺旋金屬鎧裝層12和外護(hù)層13。6根單芯電力電纜單元8、多根大小不一的電纜空隙填充材料9、多個動態(tài)壓載單元10共同絞合成纜。單芯電力電纜單元8、電纜空隙填充材料9、動態(tài)壓載單元10均按同心圓旋轉(zhuǎn)均勻分布。成纜的外部有擠出聚乙烯內(nèi)墊層11，用于保護(hù)成束的電纜及電纜空隙填充材料9，使其免受腐蝕和磨損。內(nèi)墊層11外是二層螺旋金屬鎧裝層12，相鄰兩層的金屬鎧裝螺旋方向相反，金屬鎧裝單線沿電纜旋轉(zhuǎn)一周前進(jìn)的距離為鎧裝層下電纜束直徑的10?30倍(以25倍為例，如成纜的直徑為100mm，則在2500mm長的電纜上鎧裝層恰好旋轉(zhuǎn)一周)，螺旋金屬鎧裝層12的外部為聚乙烯擠出外護(hù)層13。
[0032]如圖3所示,為三芯電力電纜單元的結(jié)構(gòu)示意圖，其包括3個單芯電力電纜單元8、多根大小不一的電纜空隙填充材料9和外護(hù)層13。3個單芯電力電纜單兀8、多根大小不一的電纜空隙填充材料9共同絞合成纜。單芯電力電纜單元8和電纜空隙填充材料9均按同心圓旋轉(zhuǎn)均勻分布。成纜的外部有擠出聚乙烯電力電纜外護(hù)層13，用于保護(hù)成纜的單芯電力電纜及電纜空隙填充材料，使其免受腐蝕和磨損。
[0033]如圖4所示，為9芯深水動態(tài)海底電纜束，其包括3個三芯電力電纜單元14、電纜空隙填充材料9、動態(tài)壓載單元10、內(nèi)墊層11、螺旋金屬鎧裝層12和外護(hù)層13。3根三芯電力電纜單元14、多根大小不一的電纜空隙填充材料9、多個動態(tài)壓載單元10共同絞合成纜。三芯電力電纜單元14、電纜空隙填充材料9和動態(tài)壓載單元10均按同心圓旋轉(zhuǎn)均勻分布。成纜的外部有擠出聚乙烯內(nèi)墊層11，用于保護(hù)成束的電纜及電纜空隙填充材料，使其免受腐蝕和磨損。內(nèi)墊層外是二層螺旋金屬鎧裝層12，相鄰兩層的金屬鎧裝螺旋方向相反，金屬鎧裝單線沿電纜旋轉(zhuǎn)一周前進(jìn)的距離為鎧裝層下電纜束直徑的10?30倍。多層螺旋金屬鎧裝層12的外部為聚乙烯擠出外護(hù)層13。
[0034]如圖5所示,為12芯深水動態(tài)海底電纜束,其包括4個三芯電力電纜單元14、電纜空隙填充材料9、動態(tài)壓載單元10、內(nèi)墊層11、螺旋金屬鎧裝層12和外護(hù)層13。4根三芯電力電纜單元14、多根大小不一的電纜空隙填充材料9、多個動態(tài)壓載單元10共同絞合成纜。三芯電力電纜單元14、電纜空隙填充材料9和動態(tài)壓載單元10均按同心圓旋轉(zhuǎn)均勻分布。成纜的外部有擠出聚乙烯內(nèi)墊層11，用于保護(hù)成束的電纜及電纜空隙填充材料，使其免受腐蝕和磨損。內(nèi)墊層外是二層層螺旋金屬鎧裝層12，相鄰兩層的金屬鎧裝螺旋方向相反，金屬鎧裝單線沿電纜旋轉(zhuǎn)一周前進(jìn)的距離為鎧裝層下電纜束直徑的10?30倍。多層螺旋金屬鎧裝層12的外部為聚乙烯擠出外護(hù)層13。
[0035]如圖6所示，為15芯深水動態(tài)海底電纜束，其包括5個三芯電力電纜單元14、電纜空隙填充材料9、動態(tài)壓載單元10、內(nèi)墊層11、螺旋金屬鎧裝層12和外護(hù)層13。5根三芯電力電纜單元14、多根大小不一的電纜空隙填充材料9、多個動態(tài)壓載單元10共同絞合成纜。三芯電力電纜單元14、電纜空隙填充材料9和動態(tài)壓載單元10均按同心圓旋轉(zhuǎn)均勻分布。成纜的外部有擠出聚乙烯內(nèi)墊層11，用于保護(hù)成束的電纜及電纜空隙填充材料，使其免受腐蝕和磨損。內(nèi)墊層外是二層螺旋金屬鎧裝層12，相鄰兩層的金屬鎧裝螺旋方向相反，金屬鎧裝單線沿電纜旋轉(zhuǎn)一周前進(jìn)的距離為鎧裝層下電纜束直徑的10?30倍。多層螺旋金屬鎧裝層12的外部為聚乙烯擠出外護(hù)層13。
[0036]如圖7所示，為18芯深水動態(tài)海底電纜束，其包括6個三芯電力電纜單元14、電纜空隙填充材料9、動態(tài)壓載單元10、內(nèi)墊層11、螺旋金屬鎧裝層12和外護(hù)層13。6根三芯電力電纜單元14、多根大小不一的電纜空隙填充材料9、多個動態(tài)壓載單元10共同絞合成纜。三芯電力電纜單元14、電纜空隙填充材料9和動態(tài)壓載單元10均按同心圓旋轉(zhuǎn)均勻分布。成纜的外部有擠出聚乙烯內(nèi)墊層11，用于保護(hù)成束的電纜及電纜空隙填充材料，使其免受腐蝕和磨損。內(nèi)墊層外是二層螺旋金屬鎧裝層12，相鄰兩層的金屬鎧裝螺旋方向相反，金屬鎧裝單線沿電纜旋轉(zhuǎn)一周前進(jìn)的距離為鎧裝層下電纜束直徑的10?30倍。多層螺旋金屬鎧裝層12的外部為聚乙烯擠出外護(hù)層13。
[0037]本發(fā)明的深水動態(tài)海底電纜束中，螺旋金屬鎧裝層12的層數(shù)具體所需層數(shù)更具深水動態(tài)海底電纜束所應(yīng)用的海域確定；金屬圓單線(金屬鎧裝單線)一般為鍍鋅低碳鋼，也可以為不銹鋼、銅等具有一定機(jī)械強(qiáng)度和質(zhì)量并且耐腐蝕的金屬。
[0038]本發(fā)明的深水動態(tài)海底電纜束中，內(nèi)墊層11還可由聚氯乙烯、聚酰胺或聚氨酯等材質(zhì)制成，用于保護(hù)成束的電纜及所述電纜空隙填充材料，使其免受腐蝕和磨損。
[0039]本發(fā)明的深水動態(tài)海底電纜束中，電纜空隙填充材料9由柔性聚合物制成，如聚丙烯，具有耐海水腐蝕性能。
[0040]本發(fā)明的深水動態(tài)海底電纜束中，動態(tài)壓載單元10由金屬鋼制成，如塑料模具鋼GSW2083，能夠確保整條動態(tài)海底電纜束具有一定的質(zhì)量，使其在深水中受到適當(dāng)?shù)闹亓Γ?dāng)受到深水海洋環(huán)境條件的影響而運(yùn)動時，運(yùn)動幅度保持在一定范圍內(nèi)，進(jìn)而保持一定的疲勞壽命。[0041]本發(fā)明并不限定于上述的實(shí)施方式，在不脫離本發(fā)明的宗旨的范圍內(nèi)可進(jìn)行各種變更。
[0042]例如，深水動態(tài)海底電纜束中，除了包括電力電纜，還可以包括光纜。電纜空隙的填充不僅可以利用圓形材料絞合，也可以是通過擠入聚合物填充材料形成不規(guī)則形狀，擠入的聚合物填充材料保持基本的旋轉(zhuǎn)對稱即可。電纜束的導(dǎo)體除了銅，也可以是鋁或其他導(dǎo)電材料。
[0043]另外，在上述實(shí)施方式中，說明將深水動態(tài)海底電纜束向水下增壓泵或采油電潛泵等用電設(shè)備進(jìn)行供電，但本發(fā)明的用途并不限定于此，也可以是為其他深水油氣開發(fā)的用電設(shè)備供電。
【權(quán)利要求】
1.一種深水動態(tài)海底電纜束，其特征在于:它包括若干電力電纜單元、電纜空隙填充材料和動態(tài)壓載單元，所述電纜空隙填充材料和所述動態(tài)壓載單元的橫截面均為圓形，所述電力電纜單元、所述電纜空隙填充材料和所述動態(tài)壓載單元絞合成纜；所述電纜空隙填充材料和所述動態(tài)壓載單元均均勻布置于所述電力電纜單元之間的空隙； 所述絞合成纜得到的繩纜外依次包覆有內(nèi)墊層、螺旋金屬鎧裝層和外護(hù)層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海底電纜束，其特征在于:所述電力電纜單元為單芯電力電纜單元或三芯電力電纜單元。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的海底電纜束，其特征在于:所述深水動態(tài)海底電纜束包括所述單芯電力電纜單元的數(shù)量為3η，其中η為> 2的自然數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的海底電纜束，其特征在于:所述深水動態(tài)海底電纜束包括所述三芯電力電纜單元的數(shù)量不小于3。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的海底電纜束，其特征在于:所述深水動態(tài)海底電纜束包括所述三芯電力電纜單元的數(shù)量為3?6之間的自然數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的海底電纜束，其特征在于:所述電力電纜單元、所述電纜空隙填充材料和所述動態(tài)壓載單元以同心圓旋轉(zhuǎn)的方式進(jìn)行絞合成纜。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的海底電纜束，其特征在于:所述深水動態(tài)海底電纜束包括至少2層所述螺旋金屬鎧裝層，相鄰所述螺旋金屬鎧裝層的螺旋方向相反。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的海底電纜束，其特征在于:所述電纜空隙填充材料由柔性聚合物制成； 所述動態(tài)壓載單元由金屬鋼制成。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)所述的海底電纜束，其特征在于:所述內(nèi)墊層由聚乙烯、聚氯乙烯、聚酰胺或聚氨酯制成； 所述外護(hù)層由聚乙烯制成。
【文檔編號】H01B9/00GK103886960SQ201410112550
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年3月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月25日
【發(fā)明者】平朝春, 王春升, 魏澈, 李鑫, 郭宏, 劉國鋒, 王艷紅, 石云, 周曉東, 孫婧, 郭江艷 申請人:中國海洋石油總公司, 中海油研究總院