專利名稱：具有改進(jìn)疲勞壽命的彎曲不敏感性的光-電電纜的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及光-電電纜，并且更具體地涉及用于油田測(cè)井電纜、 地震勘探的混合光-電電纜及其制造方法。
背景技術(shù)：
本部分中的陳述僅提供與本發(fā)明相關(guān)的背景信息，并且可能不構(gòu)成現(xiàn) 有技術(shù)。
當(dāng)正鉆探油井時(shí)，探頭通常周期地下降進(jìn)入鉆井以測(cè)量它橫過(guò)的地層 的特征。典型地，測(cè)井電纜在鉆井中支持并運(yùn)動(dòng)探頭，為探頭運(yùn)送電力， 并且在探頭與地表處的儀器和控制設(shè)施之間中繼控制指令和數(shù)據(jù)。由于測(cè) 量和測(cè)量?jī)x器己變得更精密，數(shù)據(jù)傳輸速度已增加到現(xiàn)有電纜可能變得飽 和的點(diǎn)。
如光纖電話電纜所展示的，光纖技術(shù)能夠增加多個(gè)數(shù)量級(jí)的數(shù)據(jù)傳輸 速率。然而由于使用測(cè)井電纜的要求條件，電話光纖電纜將是不可接受的。 電話電纜被設(shè)計(jì)以在使用中保持靜止，并且不會(huì)遇到在油井中發(fā)現(xiàn)的溫度 與壓力極端情況。
相反，測(cè)井電纜圍繞滑輪反復(fù)拉動(dòng)，并隨著它下降進(jìn)入井和從井提升 出來(lái)在絞車巻筒上巻上和巻下。因此，該電纜必須承受圍繞幾英尺直徑的 反復(fù)彎曲，和數(shù)千磅的張力。
一旦在井中，電纜遇到可能超過(guò)每平方英寸
2萬(wàn)磅的壓力和可能超過(guò)175°C的溫度。然而，光纖對(duì)變形(尤其點(diǎn)負(fù)載) 極敏感，這極大地增加了光纖內(nèi)的光信號(hào)的衰減。它們也對(duì)濕氣敏感，濕 氣在'光纖中攻擊微小裂紋，減小其強(qiáng)度。此外，它們對(duì)原子和分子氫敏感， 氫與石英(Silica)反應(yīng)，增加了光纖的衰減。當(dāng)制造電纜時(shí)，并且隨后當(dāng)使 用時(shí)，電纜部件(電導(dǎo)體、強(qiáng)度部件等)上的應(yīng)力(彎曲與拉伸)使它們 在電纜內(nèi)相對(duì)于彼此運(yùn)動(dòng)。這能夠?qū)е鹿饫w的局部變形。拉伸電纜拉伸了 光纖，從而增加了其應(yīng)力，加重了其衰減，并且有時(shí)導(dǎo)致它們斷裂。井內(nèi)的高壓和高溫有助于濕氣和氫侵入電纜和光纖。如指示，典型的光學(xué)電話 通信電纜不是為這些操作條件而設(shè)計(jì)的。
考慮到前述內(nèi)容，Anderson等人的U.S. 4,375,313中公開了一種與本 申請(qǐng)共同轉(zhuǎn)讓的期望用于油井和地震勘探應(yīng)用的光-電電纜，其與本申請(qǐng)共 同轉(zhuǎn)讓，該專利的內(nèi)容通過(guò)參考整體并入這里。該U.S. 4,375,313專利公 開了一種緩沖結(jié)構(gòu)，用于保護(hù)光纖免于濕氣、氫和不均勻的應(yīng)力。雖然這 種緩沖結(jié)構(gòu)適合反復(fù)和苛求的測(cè)井應(yīng)用，考慮到在更深油和氣井中應(yīng)用電 纜和采用要求增加數(shù)據(jù)傳輸量的更精密的工具，仍需要更好地緩沖光纖對(duì) 抗應(yīng)力和濕氣以及氫保護(hù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施方案提供了具有提高的彎曲不敏感性、疲勞壽命和對(duì)氫 侵蝕的保護(hù)的光纖元件、混合光-電導(dǎo)體、混合光-電導(dǎo)體組件和光-電芯組 件。在一種優(yōu)選形式中，光纖元件包括光纖和圍繞光纖的碳層。
在另一種形式中，混合光-電導(dǎo)體包括至少一個(gè)光纖元件；圍繞至
少一個(gè)光纖元件設(shè)置的至少一個(gè)電導(dǎo)體；和圍繞至少一個(gè)電導(dǎo)體設(shè)置的固 定層，用于將至少一個(gè)電導(dǎo)體固定到位。該至少一個(gè)光纖元件包括光纖和 圍繞光纖元件的碳層。
在另一種形式中，混合光-電導(dǎo)體組件包括成捆設(shè)置的多個(gè)光-電導(dǎo) 體；和用于結(jié)合多個(gè)光-電導(dǎo)體的填充材料。該光-電導(dǎo)體每個(gè)包括光纖元 件和包圍光纖元件的電導(dǎo)體。該光纖元件具有光纖和圍繞光纖的碳層。
在另一種形式中，混合光-電導(dǎo)體包括至少一個(gè)光纖元件；圍繞至 少一個(gè)光纖元件設(shè)置的至少一個(gè)電導(dǎo)體；第一聚合物；和第二聚合物層。 第一聚合物層將至少一個(gè)電導(dǎo)體固定就位。第二聚合物層包圍第一聚合物 層，用于提高光-電導(dǎo)體的機(jī)械強(qiáng)度。
在另一種形式中，混合光-電導(dǎo)體組件包括:成捆設(shè)置的多個(gè)光-電導(dǎo) 體；嵌條；和填充材料。多個(gè)光-電導(dǎo)體確定了外部輪廓和相鄰光-電導(dǎo)體 之間的多個(gè)間隙。多個(gè)嵌條設(shè)置在鄰近外部輪廓的間隙中。填充材料填充 在間隙中，以連結(jié)多個(gè)導(dǎo)體和嵌條以形成芯組件。
在另一種形式中，用于電纜組件的護(hù)套系統(tǒng)包括適合包圍電纜芯的聚合物復(fù)合材料；包圍聚合物復(fù)合材料的第一強(qiáng)度元件；包圍第一強(qiáng)度元 件的第一聚合物層；包圍第一聚合物層的第二強(qiáng)度元件；和包圍第二強(qiáng)度 元件的第二聚合物層。
在另一種形式中，制造光電導(dǎo)體組件的方法包括提供多個(gè)光-電導(dǎo) 體；成捆設(shè)置多個(gè)光-電導(dǎo)體，這些光-電導(dǎo)體確定了外部輪廓和相鄰光-電 導(dǎo)體之間的多個(gè)間隙；將多個(gè)嵌條放置在鄰近外部輪廓的間隙中；將填充 材料填充入間隙中；和將保護(hù)層放置在導(dǎo)體和嵌條周圍。
通過(guò)這里提供的描述，更進(jìn)一步的應(yīng)用范圍將很明顯。應(yīng)該理解描 述和具體實(shí)例意圖僅是用于說(shuō)明目的，并不是對(duì)本發(fā)明的范圍進(jìn)行限制。


這里描述的附圖僅用于說(shuō)明的目的，并不是意圖以任何方式限制本發(fā) 明的范圍。
圖1是根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)構(gòu)造的光纖元件的橫斷面視圖。 圖2是根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)構(gòu)造的可選光纖元件的橫斷面視圖。 圖3是根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)構(gòu)造的混合光-電導(dǎo)體的橫斷面視圖。 圖4是根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)構(gòu)造的可選混合光-電導(dǎo)體的橫斷面視圖。 圖5是根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)構(gòu)造的混合光-電芯組件的橫斷面視圖。 圖6是根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)構(gòu)造的另一可選混合光-電電纜組件的橫 斷面視圖。
圖7是根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)構(gòu)造的另一可選混合光-電電纜組件的橫 斷面視圖。
圖8是根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)構(gòu)造的可選電纜芯組件的橫斷面視圖，和 圖9， 10和11是混合光-電導(dǎo)體組件的芯組件的橫斷面視圖，顯示 了根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)制造芯組件的順序步驟。 在幾個(gè)附圖中，對(duì)應(yīng)標(biāo)號(hào)指示對(duì)應(yīng)的部件。
具體實(shí)施例方式
下述描述本質(zhì)上僅是說(shuō)明性的，并不意圖限制本發(fā)明、應(yīng)用或用途。
應(yīng)該理解在全部附圖中，對(duì)應(yīng)的標(biāo)號(hào)指類似或?qū)?yīng)的部件和特征。光纖元件
參照?qǐng)D1，顯示了根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)構(gòu)造的光纖元件，并總地由標(biāo)號(hào) 10指示。光纖元件10包括光纖12;圍繞光纖12設(shè)置的碳層14;
圍繞碳層14的緩沖層18;和圍繞緩沖層18的外部硅層24。光纖12 包括芯1和覆層2。
光纖12和碳層14形成光纖組件16。碳層14是密封、耐高溫的， 并被放置在光纖12上以提供對(duì)H20和H"的屏障，從而保護(hù)防止氫侵 蝕和水解。碳層14也增加了光纖元件10的試驗(yàn)應(yīng)力水平，和耐靜疲勞， 從而增加了光纖元件10的使用壽命。
優(yōu)選地，光纖12具有高數(shù)值孔徑(Numerical Aperture)和比傳統(tǒng)電 信光纖更小的芯1。高數(shù)值孔徑光纖要求更小的光纖芯尺寸以保持恒定的 截止波長(zhǎng)。高NA光纖減小了光纖對(duì)由微彎曲和大彎曲造成的光信號(hào)衰 減敏感性。
緩沖層18包圍光纖組件16，并緊密接觸光纖組件16。緩沖層18 被稱作"緊緩沖"，因?yàn)榫彌_層18與光纖組件16緊密接觸，與可能采用 導(dǎo)管形式和寬松地包含光纖組件16的"松緩沖"相反。緩沖層18包括擠 壓成形在光纖組件16上的硅層或其它適合的軟聚合體20和擠壓成形 在硅層20上的PFA(全氟垸氧基)層22。
外部硅層或其它適合的軟聚合體24被擠壓成形在緩沖層18上，以 緩沖光纖組件16并分散在光纖組件16上來(lái)自外部的任何壓縮負(fù)載。利 用這種結(jié)構(gòu)，光纖元件10更不易受拉伸應(yīng)力和彎曲應(yīng)力影響，從而減小 信號(hào)衰減。
參照?qǐng)D2，顯示了可選光纖元件并由標(biāo)號(hào)30總地指示。光纖元件30 具有類似于光纖元件10的結(jié)構(gòu)，區(qū)別在于光纖元件30包括三個(gè)光纖 組件16。
應(yīng)理解和認(rèn)識(shí)到根據(jù)應(yīng)用，光纖元件10或30可具有任意數(shù)目的 光纖組件16。此外，光纖組件16可被布置以確定圓形橫斷面以外的橫 斷面。在不背離本發(fā)明的精神的情況下，可以采用其它配置。在敷設(shè)它們 以形成捆前，每種光纖組件16可涂覆有硅或其它適合的軟聚合物3。
混合光-電導(dǎo)體參照?qǐng)D3，顯示了混合光-電導(dǎo)體并由標(biāo)號(hào)40總地指示。混合光-電 導(dǎo)體40包括光纖元件10;包圍光纖元件10的多個(gè)電導(dǎo)體42;包圍
多個(gè)電導(dǎo)體42的固定層44;和包圍固定層44的強(qiáng)化層46。如前面描
述的，光纖元件10包括光纖12;碳層14;緩沖層18;和包圍緩沖
層18的外部硅層24。
在這個(gè)所示實(shí)例中，多個(gè)電導(dǎo)體42采用多條銅線或鍍鎳銅線的形 式。多個(gè)電導(dǎo)體42被螺旋地纏繞在光纖元件10周圍，并部分嵌入光纖 元件10的外部有機(jī)硅(silicone)層24。
固定層44被設(shè)置在多個(gè)電導(dǎo)體42周圍，用于將多個(gè)電導(dǎo)體42固 定就位。在一些優(yōu)選實(shí)施例中，固定層是可作為第一聚合物層的聚合物層， 該聚合物層被擠壓成形在多個(gè)電導(dǎo)體42周圍以鎖定電導(dǎo)體42。聚合物 層44優(yōu)選地由諸如含氟聚合物、聚烯烴、聚亞苯基、軟彈性體、熱塑性 彈性體等制成。這些材料的一些非限制性實(shí)例包括聚烯烴類；聚四氟乙 烯-全氟甲基乙烯基醚聚合物(MFA);全氟烷氧基鏈垸聚合物(PFA);聚四 氟乙烯聚合物(PTFE);乙烯-四氟乙烯聚合物(ETFE);乙烯-丙烯共聚物 (EPC);聚(4-甲基-l-戊烯)(可從三井化學(xué)公司(Mitsui Chemicals, Inc.)獲得 的TPX⑧);其它含氟聚合物；聚芳基醚醚酮聚合物(PEEK);聚苯硫醚聚合 物(PPS);改性聚苯硫醚聚合物；聚醚酮聚合物(PEK);順丁烯二酸酐改性 的聚合物；全氟烷氧基聚合物;氟化乙烯丙烯聚合物；聚四氟乙烯-全氟甲 基乙烯基醚聚合物；聚酰胺聚合物；聚氨酯；熱塑性聚氨酯；乙烯三氟氯 乙烯聚合物聚合物(諸如Halar );氯化乙烯丙烯聚合物；Parmax SRP聚 合物(由密西西比聚合物技術(shù)公司(Mississippi Polymer Technologies, Inc) 生產(chǎn)的自強(qiáng)化聚合物，其基于取代的聚(l，4-亞苯基)結(jié)構(gòu)，其中每個(gè)亞苯基 環(huán)具有從多種有機(jī)基團(tuán)衍生的取代基R基團(tuán))；ECTFE; PAEK; Santoprene;硅(Silicon);乙烯-四氟乙烯共聚物(Tefzd); EPDM; Engage; Infose;含氟熱塑性彈性體等；及其任何混合物。
強(qiáng)化層46包圍固定層44，用于保護(hù)包圍其中的光纖元件10和電 導(dǎo)體42。強(qiáng)化層46包括擠壓成形在固定層44上的第二聚合物層48; 和擠壓成形在第二聚合物層48上的第三聚合物層50。用于第二聚合物 層48和第三聚合物層50的材料被適合地選擇以增加用于混合光-電導(dǎo)體40的機(jī)械強(qiáng)度，并提供所需的電屬性。
例如，第二聚合物層48能夠由比第三聚合物層50更硬的材料制 成，以提供期望的機(jī)械強(qiáng)度。第二聚合物層48的適合材料包括類似 PEEK, PEK, PK， PAEK等的聚芳基醚酮族；Parmax; PPS或改性的PPS; 類似Tefzel, ECTFE等的碳纖維強(qiáng)化含氟聚合物；強(qiáng)化和韌化的PTFE; 等。第三聚合物層50用于提供期望的電屬性，諸如期望的阻抗和低電信 號(hào)衰減。第三聚合物層50的適合材料包括諸如PP, PE， EPC， TPX的 聚烯烴；諸如Tefzel, MFA, ECTFE, PFA， FEP, PTFE等的含氟聚合物。
雖然未在圖中顯示，應(yīng)理解和認(rèn)識(shí)到第三聚合物層50能夠設(shè)置鄰 近固定層44，并且第二聚合物層48能夠設(shè)置在第三聚合物層50周圍。 可以避免固定層44與層48和50 —起，和僅與層48和50相配。
在一些實(shí)施例中，第一聚合物層44可被去除。光纖將由第二聚合物 層48和第三聚合物層50保護(hù)。在一些實(shí)施方案中，第二聚合物層44 可在第三聚合物層50外部上，以使組件(package)具有對(duì)來(lái)自外力的更好 的抗破碎性。
參照?qǐng)D4，顯示了可選光-電導(dǎo)體并由標(biāo)號(hào)54總地指示。光-電導(dǎo)體 54不同于圖3的光-電導(dǎo)體40之處在于光-電導(dǎo)體54包括三個(gè)光纖 組件16。應(yīng)理解和認(rèn)識(shí)到在光-電導(dǎo)體中能夠包括任意數(shù)目的光纖組件 16，不會(huì)背離本發(fā)明的范圍。
混合光-電電纜芯組件
參照?qǐng)D5，顯示了根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)構(gòu)造的混合光-電電纜芯組件， 并總地由標(biāo)號(hào)60指示。光-電電纜芯組件60包括成捆設(shè)置的多個(gè)光-電導(dǎo)體40;帶62，包圍多個(gè)光-電導(dǎo)體40 ，用于將光-電導(dǎo)體40捆在 一起；和包圍帶62的保護(hù)層64。由于已參照?qǐng)D3描述了光-電導(dǎo)體40， 為了簡(jiǎn)明在這里省略了其描述。
應(yīng)指出雖然顯示了 7個(gè)光-電導(dǎo)體40，應(yīng)理解和認(rèn)識(shí)到根據(jù)應(yīng)用， 在混合光-電電纜芯組件60中能夠包括任意數(shù)目的光-電導(dǎo)體40。此外， 包圍在這里的光-電導(dǎo)體40能夠由具有3個(gè)光纖組件16的圖4的光-電導(dǎo)體54完全或部分替換，不會(huì)背離本發(fā)明的范圍。
多個(gè)光-電導(dǎo)體40確定了外部輪廓和相鄰光-電導(dǎo)體40之間的多個(gè)間隙66。多個(gè)嵌條68被設(shè)置在由帶62和兩個(gè)相鄰導(dǎo)體40包圍的 間隙66中，以便導(dǎo)體40和嵌條68確定了接近電纜芯組件60的期 望橫斷面的形狀的外部輪廓。嵌條68包括扭曲玻璃纖維芯74和擠壓成 形圍繞扭曲玻璃纖維芯74的聚合物層76。
填充材料70填充在間隙66中，用于將導(dǎo)體40和嵌條68結(jié)合在 一起。
在這種例證性的實(shí)例中的保護(hù)層64是擠壓成形在帶62上的聚合 物護(hù)套64，以提供機(jī)械穩(wěn)定性和保護(hù)。電纜40、嵌條68、帶62、填充 材料70和聚合物護(hù)套64形成芯組件60。聚合物護(hù)套64可根據(jù)應(yīng)用 由一個(gè)或多個(gè)層組成，包括短纖維強(qiáng)化的聚合物復(fù)合材料。
參照?qǐng)D6，顯示了混合光-電電纜組件并由標(biāo)號(hào)90總地指示。電纜 組件90包括相對(duì)于芯組件60的中心軸螺旋布置的第一金屬線組件92 和第二金屬線組件94。第一金屬線組件92沿螺旋方向纏繞，并且第二 金屬線組件94沿反螺旋方向纏繞。鎧裝線的第一層可以是與螺旋光-電導(dǎo) 體40相同的鋪設(shè)方向，或能夠沿相反方向鋪設(shè)。
參照?qǐng)D7，顯示了另一混合光-電電纜芯組件并由標(biāo)號(hào)100總地指 示。該光纜芯組件100具有類似于前面描述的電纜芯組件40, 60, 80的 結(jié)構(gòu)，除了保護(hù)層的結(jié)構(gòu)。
更具體地說(shuō)，電纜組件100具有設(shè)置在電纜芯組件60周圍的護(hù)套 系統(tǒng)102，使用短纖維強(qiáng)化復(fù)合材料作為聚合物護(hù)套64。以從內(nèi)向外的 順序，鎧裝組件(package) 102包括第一強(qiáng)度元件106;第一聚合物層 108;第二強(qiáng)度元件110;和第二聚合物層112。
將短纖維強(qiáng)化聚合物復(fù)合材料64應(yīng)用于，優(yōu)選地?cái)D壓成形在帶62 上。第一強(qiáng)度元件106采用鎧裝線的形式，以鋪設(shè)角度纏繞并部分嵌入 短纖維強(qiáng)化聚合物64。第一聚合物層108也被短纖維強(qiáng)化，并擠壓成形 在第一強(qiáng)度元件106上包住它。第一聚合物層108通過(guò)第一強(qiáng)度元件 106之間的間隙結(jié)合到聚合物護(hù)套64。第二強(qiáng)度元件110采用鎧裝線的 形式，并沿與第一強(qiáng)度元件106相反的方向螺旋纏繞。第二強(qiáng)度元件110 被部分地嵌入第一聚合物層108。
第二聚合物層112也被短纖維強(qiáng)化，并擠壓成形在第二強(qiáng)度元件106上包住它。第二聚合物層112通過(guò)第二強(qiáng)度元件110之間的間隙結(jié)合到第一聚合物層108。具有小厚度并由新鮮橡膠(virginpolymer)材料制成的外層(未顯示) 能夠被應(yīng)用覆蓋第二聚合物層112以產(chǎn)生平滑的低摩擦表面。芯組件參照?qǐng)D8，顯示了可選芯組件并由標(biāo)號(hào)120總地指示。芯組件120 包括多個(gè)第一光-電導(dǎo)體122;和多個(gè)第二光-電導(dǎo)體124。在圖8中， 顯示了 4個(gè)第一光-電導(dǎo)體122和5個(gè)第二光-電導(dǎo)體124。第一導(dǎo)體 122和第二導(dǎo)體124具有類似于導(dǎo)體40 (圖3)、 90 (圖6)、 100 (和圖7) 的結(jié)構(gòu)，但不局限于說(shuō)明書描述和附圖中顯示的結(jié)構(gòu)。根據(jù)應(yīng)用，可以改 變光纖元件10的數(shù)目、電導(dǎo)體42、緩沖結(jié)構(gòu)或保護(hù)層的數(shù)目和纏繞設(shè) 置。如所示，第一導(dǎo)體122和第二導(dǎo)體124由帶126包圍。第一導(dǎo)體 122具有比第二導(dǎo)體124更大的直徑。第一導(dǎo)體122確定了多個(gè)間隙 125。第二導(dǎo)體124被設(shè)置在鄰近帶126的間隙125中。多個(gè)嵌條68被 設(shè)置在鄰近帶126并且兩個(gè)相鄰第一和第二導(dǎo)體122和124之間的間 隙125中。填充材料130填充在間隙125中，用于將導(dǎo)體122,124和 嵌條68結(jié)合在一起。雖然未在圖8中顯示，結(jié)合圖5, 6或7描述的聚合物護(hù)套64將 被設(shè)置在120的頂部以完成電纜芯組件。本發(fā)明的一些其它實(shí)施例包括混合光-電電纜芯組件，包括成捆設(shè) 置并確定外部輪廓的多個(gè)光-電電纜和在相鄰光-電電纜導(dǎo)體之間的多個(gè)間 隙；設(shè)置在鄰近外部輪廓的間隙中的多個(gè)嵌條；和填充在間隙中的填充材 料，以結(jié)合多個(gè)電纜和嵌條以形成芯組件。光纖元件可包括光纖；覆蓋 在光纖上的碳；圍繞碳覆層的緩沖層；和擠壓成形在緩沖層周圍的硅層或 任何其它軟彈性體或熱塑層，以及螺旋地纏繞在光纖元件周圍的多個(gè)銅線 或鍍鎳銅線。第一聚合物層可包圍銅線或鍍鎳銅線，用于將銅線固定就位， 并且第二聚合物層可包圍第一聚合物層?？蛇x地，第三共聚物層可包圍第 二共聚物層。在另一實(shí)施方案中，光-電電纜芯組件包括成捆設(shè)置的多個(gè)光-電導(dǎo)體；光電導(dǎo)體每個(gè)包括光纖組件，具有光纖和圍繞光纖的碳層；包圍光纖元件的電導(dǎo)體；和用于結(jié)合多個(gè)光-電導(dǎo)體的填充材料。多個(gè)光-電導(dǎo)體確定了多個(gè)間隙，并且填充材料填充間隙。 制造方法結(jié)合圖5參照?qǐng)D9到11，現(xiàn)在更詳細(xì)地描述制造光-電電纜組件的 示例性的方法。首先，多個(gè)光-電組件40成捆設(shè)置以確定接近電纜組件的期望橫斷面 的結(jié)構(gòu)。多個(gè)光-電導(dǎo)體40形成外部輪廓，和確定相鄰導(dǎo)體40之間的多 個(gè)間隙66。接下來(lái)，如圖10所示，多個(gè)嵌條68被放置在鄰近由多個(gè)導(dǎo)體40 確定的外部輪廓的間隙66中，以便由成捆導(dǎo)體40和嵌條68確定的 輪廓接近期望的橫斷面。填充材料70則填充在所有間隙66中，以將導(dǎo) 體40和嵌條68結(jié)合在一起。如圖11所示，在填充材料70填入間隙66后，帶62則纏繞在導(dǎo) 體40和嵌條68周圍，并且將聚合物護(hù)套64被應(yīng)用于頂部，從而形成 芯組件60。兩層鎧裝線92和94 (圖6)或鎧裝組件系統(tǒng)102 (圖7) 被應(yīng)用于電纜芯組件60的頂部，從而形成電纜組件90或100。利用光纖元件10、光電導(dǎo)體40、芯組件60和從而光纜組件100的 結(jié)構(gòu)，具有碳層14的光纖12具有提高的疲勞壽命，并且更不易受彎曲 應(yīng)力影響。碳層14也保護(hù)防止水解。此外，通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的光-電電纜、 電纜芯組件和保護(hù)層的特殊安排，光纖12被進(jìn)一步?jīng)鲎o(hù)以對(duì)抗彎曲應(yīng) 力。因此，光纖元件、光-電電纜和光-電電纜組件的使用壽命能夠得以提 高。本發(fā)明的一些實(shí)施方案是制造光-電電纜組件的方法，包括提供多 個(gè)光-電電纜導(dǎo)體；成捆設(shè)置多個(gè)光-電電纜導(dǎo)體，所述多個(gè)光-電電纜導(dǎo)體 確定了外部輪廓和相鄰光-電電纜導(dǎo)體之間的多個(gè)間隙;然后將多個(gè)嵌條放 置在鄰近外部輪廓的間隙中；將填充材料填充入間隙中；然后在電纜和嵌 條周圍放置保護(hù)層。這種方法還可包括在將填充材料填充入間隙以形成芯 組件后，在電纜和嵌條周圍放置帶。此外，這些方法可包括在電纜和嵌條 上擠壓成形聚合物復(fù)合材料，其中在一些實(shí)例中，第一強(qiáng)度元件沿螺旋方向螺旋地纏繞在聚合物復(fù)合材料周圍。鋪設(shè)方向可以與螺旋光-電導(dǎo)體的鋪 設(shè)方向相同或相反。
第一強(qiáng)度元件可包括多個(gè)鎧裝線。第一聚合物層可以擠壓成形在第一 強(qiáng)度元件上，并且第二強(qiáng)度元件沿相反的螺旋方向纏繞在第一聚合物層周 圍。此外，第二聚合物層可放置在第二強(qiáng)度元件上。
保護(hù)層還可包括具有封閉鎧裝線的聚合物護(hù)套，并且保護(hù)層可包括至 少兩種鎧裝線。
本發(fā)明的上述描述實(shí)際上只是示范性的，因此未背離本發(fā)明要旨的變 化應(yīng)在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。這種變化不應(yīng)被視為背離本發(fā)明的精神和范 圍。
權(quán)利要求
1.一種光纖元件，包括光纖；以及包圍光纖的碳層，以形成光纖元件。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖元件，其中碳層包括覆蓋在光纖上的碳。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖元件，還包括圍繞碳層的緩沖層。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的光纖元件，其中緩沖層與碳層緊密接觸。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的光纖元件，還包括圍繞緩沖層的硅層。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的光纖元件，其中緩沖層包括有機(jī)硅層； 軟彈性體層；或熱塑層；和全氟烷氧基(PFA)層或含氟聚合物層。
7. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的光纖元件，還包括外部硅層。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖元件，其中所述元件具有高數(shù)值孔徑，從而減小了該元件對(duì)由微彎曲和大彎曲造成的光信號(hào)衰減的敏感性。
9. 一種混合光-電導(dǎo)體，包括至少一個(gè)光纖元件，該光纖元件包括光纖和圍繞光纖的碳層；圍繞至少一個(gè)光纖元件設(shè)置的至少一個(gè)電導(dǎo)體；和圍繞至少一個(gè)電導(dǎo)體設(shè)置的固定層，用于將至少一個(gè)電導(dǎo)體固定到位。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的混合光-電導(dǎo)體，其中固定層包括第一聚合物層。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的混合光-電導(dǎo)體，還包括包圍固定層的強(qiáng)化層，用于提高混合光-電導(dǎo)體的機(jī)械強(qiáng)度。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的混合光-電導(dǎo)體，其中強(qiáng)化層包括第二聚合物層和第三聚合物層。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的混合光-電導(dǎo)體，其中第二聚合物層被設(shè)置在固定層附近，并具有比第三聚合物層更大的硬度。
14. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的混合光-電導(dǎo)體，其中至少一個(gè)電導(dǎo)體包括多條銅線或鍍鎳銅線。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的混合光-電導(dǎo)體，其中多條銅線或鍍鎳 銅線被螺旋地設(shè)置在至少一個(gè)光纖元件周圍。
16. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的混合光-電導(dǎo)體，其中至少一個(gè)光纖元 件還包括與碳層緊密接觸的緩沖層，所述緩沖層包括硅層或任何其它軟彈性體 或熱塑層，和PFA層或其它適合的含氟聚合物，禾口擠壓成形在緩沖層周圍的外部硅層或任何其它軟彈性體或熱塑層。
17. —種用于電纜組件的鎧裝組件系統(tǒng)，包括適合包圍電纜芯的聚合物復(fù)合材料； 包圍聚合物復(fù)合材料的第一強(qiáng)度元件； 包圍第一強(qiáng)度元件的第一聚合物層； 包圍第一聚合物層的第二強(qiáng)度元件；和 包圍第二強(qiáng)度元件的第二聚合物層。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的鎧裝組件系統(tǒng)，其中聚合物復(fù)合材料、 第一聚合物層和第二聚合物層中的至少一個(gè)經(jīng)短纖維強(qiáng)化。
19. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的鎧裝組件系統(tǒng)，其中第一強(qiáng)度元件部 分嵌入聚合物復(fù)合材料。
20. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的鎧裝組件系統(tǒng)，其中第二強(qiáng)度元件部 分嵌入第一聚合物層中。
21，根據(jù)權(quán)利要求17所述的鎧裝組件系統(tǒng)，其中第一聚合物層包 圍第一強(qiáng)度元件。
22. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的鎧裝組件系統(tǒng)，其中第二聚合物層包 圍第二強(qiáng)度元件。
23. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的鎧裝組件系統(tǒng)，其中聚合物復(fù)合材料、 第一聚合物層和第二聚合物層中的至少一個(gè)通過(guò)擠壓形成，并且從電纜芯 結(jié)合到第二聚合物層。
24. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的鎧裝組件系統(tǒng)，還包括圍繞第二聚合 物層設(shè)置的外部層，外部層具有平滑的低摩擦外部表面。
25. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的鎧裝組件系統(tǒng)，其中第一強(qiáng)度元件和 第二強(qiáng)度元件包括鎧裝線。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的鎧裝組件系統(tǒng)，其中鎧裝線沿相反的 方向螺旋纏繞。
全文摘要
一種用于油田測(cè)井電纜或地震勘探應(yīng)用的混合光-電電纜組件，包括光纖元件和電導(dǎo)體。該光纖元件包括光纖和圍繞光纖的碳層。該光纖可具有高數(shù)值孔徑以減小光纖對(duì)由微彎曲或大彎曲造成的光信號(hào)衰減的敏感性。該碳層增加了光纖的疲勞壽命，并保護(hù)光纖防止氫侵蝕和水解。因此，光纖元件和光-電電纜組件更不易受彎曲應(yīng)力影響并具有增加的使用壽命。還公開了一種用于保護(hù)光-電電纜組件的護(hù)套系統(tǒng)其制造方法。
文檔編號(hào)H01B11/00GK101295061SQ200810092349
公開日2008年10月29日 申請(qǐng)日期2008年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月25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·瓦爾基, 蘇里亞·西曼云塔, 金秉俊 申請(qǐng)人:普拉德研究及開發(fā)股份有限公司