ОПТОВОЛОКОННЫЙ КАБЕЛЬ

Перекрестная ссылка на родственные заявки
[0001] В данной заявке заявлено преимущество приоритета Предварительной заявки на Патент США № 62/203,509 от 11 августа 2015 г. и включенной в настоящую работу в виде ссылки.
Уровень техники
[0002] Раскрытие в основном относится к кабелям, а точнее, к волоконно-оптическим кабелям, имеющим огнеупорную оболочку кабеля, пригодную для использования в жестких атмосферных условиях или во внешней среде. Оптические кабели получили широкое применение в самых разнообразных областях, включающих в себя различные области электроники и телекоммуникации. Оптические кабели содержат или окружают одно или более оптических волокон. Кабель обеспечивает структуру и защиту для оптических волокон внутри кабеля.
В WO 2015/102818 А1 представлен волоконно-оптический кабель, содержащий сердцевину 112, включающую в себя множество элементов сердцевины, включая трубки 116, окружающие оптические волокна 118. Упомянутый кабель 110 дополнительно содержит композитную пленку 12 6, например, многослойную пленку, окружающую сердцевину 112. Как указано в абзаце [0023] этого документа, композитная пленка 12 6 содержит полимерный материал, такой как один или более слоев полиэтилена, полипропилена, полиуретана или других полиолефиновых материалов или других полимеров, таких как полиамиды. При этом, в абзаце [0039] этого документа описано, что композитная пленка 12 6 может быть окружена оболочкой 134, которая воплощена в виде полиэтиленовой оболочки.
Сущность изобретения
[0003] Один вариант воплощения раскрытия относится к особо прочному, огнеупорному, несминаемому оптическому кабелю. Кабель включает в себя множество оптических волокон и внутреннюю оболочку, окружающую упомянутое множество оптических волокон, причем внутренняя оболочка включает в себя внутренний слой, образованный из первого полимерного материала, и внешний слой, окружающий внутренний слой, образованный из второго полимерного материала. Кабель включает в себя слой армировки, образованный из непрерывной полосы материала металлической ленты, намотанной в периферийном направлении вокруг внутренней оболочки. Кабель включает в себя внешнюю оболочку, окружающую слой армировки. Внешняя оболочка имеет внешнюю поверхность, задающую наружная поверхность кабеля, и внутреннюю поверхность, обращенную к слою армировки. Внешняя оболочка образована из третьего полимерного материала. Первый полимерный материал отличен от второго полимерного материала и отличен от третьего полимерного материала, и второй полимерный материал отличен от третьего полимерного материала. Третий полимерный материал представляет собой безгалогенный полимерный материал.
[0004] Дополнительный вариант воплощения раскрытия относится к оптическому кабелю. Оптический кабель включает в себя множество оптических волокон и внутреннюю оболочку, окружающую множество оптических волокон. Внутренняя оболочка включает в себя внутренний слой, образованный из первого полимерного материала, и внешний слой, окружающий внутренний слой, образованный из второго полимерного материала. Кабель включает в себя слой армировки, окружающий внутреннюю оболочку, и внешнюю оболочку, окружающую слой армировки. Внешняя оболочка образована из третьего полимерного материала. По меньшей мере один из первого полимерного материала и второго полимерного материала отличен от третьего полимерного материала. Третий полимерный материал обладает температурой хрупкости менее -30°C, как было определено с использованием ASTM D746.
[0005] Дополнительный вариант воплощения раскрытия относится к оптическому кабелю. Оптический кабель включает в себя множество элементов оптической передачи и внутреннюю оболочку, окружающую упомянутое множество элементов оптической передачи. Внутренняя оболочка включает в себя внутренний слой, образованный из первого полимерного материала, и внешний слой, окружающий внутренний слой. Внешний слой образован из второго полимерного материала. Оптический кабель включает в себя слой армировки, окружающий внутреннюю оболочку, и внешнюю оболочку, окружающую слой армировки. Внешняя оболочка образована из третьего полимерного материала. Первый полимерный материал отличен от второго полимерного материала. Третий полимерный материал отвечает испытанию на ударную прочность в холодном состоянии при -50°C, с использованием IEC 60811-506, а третий полимерный материал обладает удлинением при разрыве по меньшей мере 50% при -40°C, как было определено с использованием IEC 60811-501.
[0006] Дополнительные признаки и преимущества будут изложены в подробном описании, которое следует, и в частности, будут легко понятны специалистам в данной области техники из описания или распознаны при реализации вариантов воплощения, как было описано в написанном описании и вытекающей из него формуле изобретения, а также на прилагаемых чертежах.
[0007] Следует понимать, что как вышеприведенное общее описание, так и последующее подробное описание являются лишь примерными, и предназначены для обеспечения обзора или концепции для понимания природы и характера заявки.
[0008] Прилагаемые чертежи включены в настоящую работу для обеспечения дополнительного понимания и встроены и составляют часть данной спецификации. Чертежи иллюстрируют один или более вариантов воплощения, и вместе с описанием служат для разъяснения принципов и работы различных вариантов воплощения.
Краткое описание чертежей
[0009] ФИГ. 1 представляет собой поперечный разрез оптоволоконного кабеля в соответствии с аспектами настоящего раскрытия.
[0010] ФИГ. 2 представляет собой поперечный разрез оптоволоконного кабеля в соответствии с другими аспектами настоящего раскрытия.
Подробное описание
[0011] Обратимся теперь в основном к Фигурам, где показаны различные варианты воплощения оптоволоконного кабеля. Как правило, варианты воплощения кабеля, обсуждаемые в настоящей работе, включают в себя, в частности, выбранную компоновку внутренней и внешней оболочки кабеля, которое заявитель счел необходимым обеспечить для оптического кабеля, который хорошо работает в самых различных суровых климатических условиях, включая очень низкотемпературные природные условия, очень высокотемпературные природные условия и/или химически агрессивные среды. В некоторых вариантах воплощения кабель также обеспечивает удовлетворительные огнеупорные и/или огнестойкие характеристики. Например, заявитель обнаружил, что конструкция кабеля, обсуждаемая в настоящей работе, является устойчивой к трещинам как при высоких, так и при низких температурах, а после выдерживания в агрессивных химических средах, обеспечивает хорошую стойкость к смятию и обеспечивает хорошую стойкость к трещинообразованию при кручении, при удовлетворении строгим стандартам испытания на горение, и не испускает коррозионных газов при сжигании. В конкретных вариантах воплощения конструкция кабеля, обсуждаемая в настоящей работе, особо подходит для использования в применениях в нефтегазовой промышленности, например, на шельфовых нефтяных/газовых установках, причем кабели потенциально подвергаются воздействию, как очень высоких, так и очень низких температур и утечкам нефти/газа. Варианты воплощения кабеля, обсуждаемые в настоящей работе, обеспечивают эти преимущества в функционировании, при снижении также массы кабеля, по сравнению со стандартными кабелями, типично используемыми в нефтяной и газовой промышленности.
[0012] Обратимся к ФИГ. 1, где оптический кабель, показанный как кабель 10, проиллюстрирован согласно примерному варианту воплощения. Кабель 10 включает в себя внешнюю оболочку, показанную как внешняя оболочка 12, имеющую внутреннюю поверхность 14, которая задает внутренний проход или полость, показанную как центральный канал 16, и внешнюю поверхность 18, которая, как правило, задает внешнюю поверхность кабеля 10. Как правило, как должно быть понятно, внутренняя поверхность 14 оболочки 12 задает внутреннюю зону или область, в которой расположены различные компоненты кабеля, обсуждаемые в настоящей работе.
[0013] Кабель 10 включает в себя один или более элементов оптической передачи, показанных как оптические волокна 20. В показанном варианте воплощения группы оптических волокон 2 0 расположены в отдельных буферных трубках 22, и буферные трубки 22 намотаны (например, в виде рисунка разнонаправленной скрутки) вокруг центрального несущего элемента 24. В других вариантах воплощения кабель 10 может включать в себя любой другой тип элемента оптической передачи, такого как оптические волокна с плотным буфером. Центральный несущий элемент 2 4 может представлять собой любой подходящий осевой несущий элемент, такой как стеклопластиковый стержень, стальной стержень/проволока, и т.д. Как правило, кабель 10 обеспечивает структуру и защиту для оптических волокон 20 в ходе и после размещения (например, защиту во время перемещения, защиту от элементов, защиту от окружающей среды, защиту от хищных животных, и т.д.).
[0014] Кабель 10 включает в себя внутреннюю оболочку, показанную как внутренняя оболочка 26 кабеля. Как показано, внутренняя оболочка 2 6 кабеля окружает оптические волокна 20 и буферные трубки 22. Внутренняя оболочка 26 кабеля включает в себя внутренний слой 2 8 и внешний слой 30. Внешний слой 30 окружает и связан с внешней поверхностью внутреннего слоя 28. В конкретных вариантах воплощения внутренняя поверхность внешнего слоя 30 непосредственно связана с внешней поверхностью внутреннего слоя 28, и в таких вариантах воплощения между внутренним слоем 28 и внешним слоем 30 нет никаких промежуточных слоев материала. В некоторых вариантах воплощения внешний слой 30 связан с внутренним слоем 28 за счет силы, направленной вовнутрь, обеспеченной внешним слоем кабеля, таким как внешняя оболочка 12 кабеля. В других конкретных вариантах воплощения внешний слой 30 может быть скреплен с внутренним слоем 28 таким образом, чтобы внутренняя поверхность внешнего слоя 30 была связана с внешней поверхностью внутреннего 28 слоя. В таких вариантах воплощения граница раздела между внутренней поверхностью внешнего слоя 30 и внешней поверхностью внутреннего слоя 28 является почти непрерывной в периферийном и продольном направлении. В различных вариантах воплощения внешний слой 30 может быть соэкструдирован с внутренним слоем 28, а в других вариантах воплощения внешний слой 30 может быть образован или экструдирован поверх внутреннего слоя 28 на последующем этапе, вслед за образованием внутреннего 28 слоя.
[0015] Каждый из внутреннего 28 слоя и внешнего 30 слоя образован из различных материалов, и каждый отдельный материал придает различные свойства кабелю 10. В различных вариантах воплощения внутренний слой 28 образован из первого полимерного материала, который обладает повышенной химической стойкостью к неорганическому материалу, а внешний слой 30 образован из второго полимерного материала, который обладает повышенной химической стойкостью к органическим материалам, таким как нефть и газ. В различных вариантах воплощения внутренний слой 28 образован из полиэтиленового материала, такого как полиэтилен, соединения полиэтилена, соединения сополимеров полиэтилена, и т.д. В конкретном варианте воплощения внутренний слой 28 образован из материала высокоплотного полиэтилена (ВППЭ), а внешний слой 30 образован из полиамидного материала (например, нейлонового материала). В различных конкретных вариантах воплощения внешний слой 30 может представлять собой любой из множества полиамидных материалов, включая огнеупорные полиамидные материалы и полиамид 12. В других вариантах воплощения внешний слой 30 может представлять собой любой их множества полиэстеровых материалов, включая огнеупорные полиэстеровые материалы, такие как Vestodur X9426, огнеупорный полибутилентерефталат, поставляемый компанией Evonik Industries из Эссена, Германия. В других вариантах воплощения внутренний слой 28 и внешний слой 30 могут быть образованы из любого подходящего полимерного материала. В конкретном альтернативном варианте воплощения внешний слой 30 образован из материала политетрафторэтилена (ПТФЭ), поливинилидендифторида, поликетона, алифатического поликетона, полиэстера, сополиэстера, термопластического полиуретана и/или полиоксиметилена. В других вариантах воплощения компоновка внутренней оболочки 26 может быть обратной или измененной, например, таким образом, чтобы внешний слой 30 был образован из материала, который является стойким к неорганическим материалам, и внутренний слой 28 образован из материала, который является стойким к органическим материалам. В других вариантах воплощения кабель 10 может включать в себя однослойную внутреннюю оболочку или совсем не иметь внутреннюю оболочку.
[0016] Тогда как внутренняя оболочка 26 сконфигурирована для обеспечения хороших барьерных свойств, внешняя оболочка 12 сконфигурирована и образована из материала, который придает удовлетворительные огнеупорные характеристики и/или удовлетворительные механические характеристики функционирования кабелю 10. В конкретных вариантах воплощения внешняя оболочка 12 образована из безгалогенного огнеупорного полимерного материала, который обеспечивает более низкую коррозионную способность газов сгорания, по сравнению с ПВХ-оболочками кабелей, общераспространенных в кабелях, предназначенных для использования в нефтегазовой промышленности. В различных вариантах воплощения внешняя оболочка 12 образована из малодымящего безгалогенного полимерного материала, а в конкретных вариантах воплощения, внешняя оболочка 12 образована из полимерного материала, который обладает предельным кислородным индексом (ПКИ), равным 36 или лучше. В конкретных вариантах воплощения материал внешней оболочки 12 (а возможно и других компонентов кабеля) позволяет кабелю 10 отвечать требованиям по огнеупорности, изложенным в стандартах IEC 60332-1-2 и IEC 60332-3-24. В различных вариантах воплощения материал внешней оболочки 12 (а возможно, и других компонентов кабеля) позволяет кабелю 10 отвечать одному или более стандартов огнеупорного кабеля, включающих в себя UL 1685 или CSA FT4-ST1. В различных вариантах воплощения материал внешней оболочки 12 (а возможно, и других компонентов кабеля) позволяет кабелю 10 отвечать одному или более стандартам для огнестойкого кабеля, включающим в себя UL 1666 или IEEE1202. В некоторых вариантах воплощения внешняя оболочка 12 образована из любого материала, обладающего огнеупорными характеристиками и/или физическими характеристиками, обсуждаемыми в настоящей работе, а в некоторых таких вариантах воплощения внешняя оболочка 12 образована из галогенсодержащего материала. В других вариантах воплощения как внешняя оболочка 12, так и один из слоев внутренней оболочки 26 могут быть изготовлены из одного и того же материала, такого как огнеупорный полимерный материал, низкодымный безгалогенный материал, и т.д., и в таких вариантах воплощения кабель 10 может быть обеспечен дополнительными огнеупорными свойствами из двух различных слоев огнеупорных материалов.
[0017] В различных вариантах воплощения безгалогенный полимер внешней оболочки 12 может включать в себя огнеупорный материал, такой как гидроксид металла (в частности, гидроксид алюминия или дигидрат магния), который генерирует воду в присутствии нагрева/пламени, что замедляет или ограничивает теплоперенос через оболочку 12 кабеля и ограничивает распространение пламени вдоль оболочки 12 кабеля. В одном варианте воплощения полимер внешней оболочки 12 представляет собой этиленбутилакрилатсодержащий материал, который включает в себя гидроксид алюминия в качестве огнеупорного наполнителя. В одном варианте воплощения полимер внешней оболочки 12 представляет собой материал CONGuard S7410 S, выпускаемый компанией CONDOR Compounds GmbH. Заявитель обнаружил, что путем утилизации материалов, обсуждаемых в настоящей работе, удовлетворительные характеристики горения и/или физические характеристики могут быть достигнуты без включения компонентов из огнеупорных слоев, свинцовых оболочек или внешних нейлоновых оболочек, которые обычно используют в некоторых конструкциях кабелей в нефтегазовой промышленности.
[0018] В различных вариантах воплощения полимерный материал внешней оболочки 12 обладает одной или более физических характеристик, которые обеспечивают кабелю 10 удовлетворительное функционирование в диапазоне суровых климатических условий. В частности, конструкции кабелей, обсуждаемых в настоящей работе, обеспечивают одну конструкцию кабеля, который хорошо работает, как при очень холодных температуры, так и при очень горячих температурах. Таким образом, в различных вариантах воплощения конструкция кабелей, обсуждаемых в настоящей работе, особо применима (хотя и не ограничена) в нефтяной и газовой промышленности. В различных вариантах воплощения внешняя оболочка является трещино- и ударопрочной при самых различных условиях.
[0019] В различных вариантах воплощения полимерный материал внешней оболочки 12 обладает температурой хрупкости менее -30°C, как было определено с использованием ASTM D746. В различных вариантах воплощения полимерный материал внешней оболочки 12 может отвечать испытанию на ударную прочность в холодном состоянии согласно IEC 60811-506 при -50°C. В различных вариантах воплощения полимерный материал внешней оболочки 12 обладает минимальным удлинением при разрыве, составляющим 50% при -40°C или более, как было определено согласно ASTM D638 или IEC 60811-501. В различных вариантах воплощения полимерный материал внешней оболочки 12 обладает удлинением при разрыве, по меньшей мере 30% при 70°C или более и минимальным механическим напряжением при разрыве, составляющим 1 МПа при 70°C, как было определено с использованием IEC 60811-501 или с использованием ASTM D638, со скоростью вытягивания 1 мм/мин. Заявитель обнаружил, что внешняя оболочка 12, образованная из материала с одной или более из этих физических характеристик, хорошо проходит испытания на изгиб и кручение, характерных для условий, которые кабель 10 будет претерпевать в такой области, как в ходе процесса установки.
[0020] В различных вариантах воплощения полимерный материал внешней оболочки 12 сохраняет достаточные характеристики трещино- и ударопрочности, даже после его в жестких химических природных условиях, на воздухе, в воде и в соленой воде. В различных вариантах воплощения полимерный материал внешней оболочки 12 обладает минимальным удлинением при разрыве, по меньшей мере 75% после воздействия на него любым из среды старения, температуры старения и времени старения, показанных в Таблице 1 ниже, а полимерный материал внешней оболочки 12 обладает минимальным удлинением при разрыве по меньшей мере 99% после воздействия на него любым из среды старения, температуры старения и времени старения, показанных в Таблице 2 ниже.
Таблица 1
Среда старения
Температура старения (°C)
Время старения (часы)
Мин. E@B (%)
%ΔE@B
Мин. S@B (МПа)
% Δ S@B
Исходные значения
143,0
11,4
Масло, ASTM #2
70
4
112,8
-21,1
8,45
-25,9
Рабочая жидкость 5606
50
24
91,9
-35,7
7,9
-30,7
Рабочая жидкость 17672
50
24
86,6
-39,4
9,3
-18,4
Смазочное масло 23699
50
24
115,5
-19,2
10,6
-7,0
Местное дизельное топливо
35
24
75,4
-47,3
8,5
-25,4
Антиобледенитель Дейви, тип 1
50
24
130,3
-8,9
11,0
-3,5
Средство против растительности
50
168
94,3
-34,1
11,6
1,75
Таблица 2
Среда старения
Температура старения (°C)
Время старения (недели)
Мин. E@B (%)
%ΔE@B
Мин. S@B (МПа)
% ΔS@B
Воздух
100
8
108,9
-23,86
13,4
17,4
Вода
100
8
99,2
-30,6
12,3
8,2
Соленая вода, ASTM
100
8
115,7
-19,08
13,1
14,7
[0021] Таблица 1 представляет данные испытаний на стойкость к маслу и топливу, которые были выполнены для конкретного варианта воплощения материала внешней оболочки, например, материала CONGuard S7410 S, выпускаемого компанией CONDOR Compounds GmbH. Таблица 2 представляет данные испытаний для того же материала, подвергнутого воздействию воздуха, воды и соленой воды. Образцы для испытаний включали в себя экструдированные полосы материала внешней оболочки, обладающие минимальной толщиной 1, а минимальная ширина составляла 4 мм. Образцы для испытаний были использованы для определения удлинения при разрыве (elongation at break, E@B) и напряжения при разрыве (stress at break, S@B) с помощью машины для испытания на растяжение, такой как прибор для испытания на растяжение MTS или Instron, при скорости протягивания 50 мм/мин.
[0022] В различных вариантах воплощения толщины слоев внутренней оболочки 26 и толщина внешней оболочки 12 также спроектированы для обеспечения удовлетворительных характеристик функционирования, также при обеспечении кабеля, обладающего относительно небольшим диаметром и низкой массой. Как показано на ФИГ. 1, внутренний слой 28 внутренней оболочки 26 обладает толщиной, показанной как T1, внешний слой 30 внутренней оболочки 26 обладает толщиной, показанной как T2, а внешняя оболочка 12 обладает толщиной, показанной как T3. В различных вариантах воплощения T2 меньше T1 и T3, а T1 меньше T3. В конкретных вариантах воплощения T2 меньше 50% от T1, а T1 меньше 80% от T3. В различных вариантах воплощения T1 составляет 0,5-1,5 мм, и в частности, 0,8-1,2 мм. В различных вариантах воплощения T2 составляет 0,1-0,7 мм, и в частности, 0,2-0,4 мм. В различных вариантах воплощения T3 составляет 1-3 мм, и в частности, 1,2-2,2 мм. В конкретном варианте воплощения T1 составляет примерно 1 мм (например, 1 мм±10%), T2 составляет примерно 0,3 мм (например, 0,3 мм±10%), а T3 составляет примерно 2 мм (например, 2 мм±10%). В различных вариантах воплощения T1, T2 и T3, обсуждаемые в настоящей работе, представляют собой средние толщины, а в другом варианте воплощения, T1, T2 и T3 представляют собой максимальные толщины.
[0023] В различных вариантах воплощения кабель 10 также включает в себя слой армировки, показанный как армировка 32. Как правило, армировка 32 образована из полосы металлического материала (например, металлической ленты, плоского удлиненного непрерывного куска материала, и т.д.), который намотан вокруг и периферийно окружает внутреннюю оболочку 26. Как показано на ФИГ. 1, армировка 32 расположена радом с внутренней поверхностью внешней оболочки 12, вследствие чего эти два слоя находятся в контакте друг с другом. В конкретных вариантах воплощения армировка 32 представляет собой материал гофрированной стальной ленты, который намотан вокруг внутренних частей кабеля 10, а в некоторых таких вариантах воплощения армировка 32 складывается в продольном направлении, с образованием продольного перекрытого участка, где противоположные кромки лены перекрываются, полностью окружая внутреннюю оболочку 26 (и любой другой внутренний компонент кабеля 10). В других вариантах воплощения армировка 32 может представлять собой полосу металлического ленточного материала, спирально намотанного вокруг внутренней оболочки 26, вследствие чего армировка 32 образует слой, периферийно окружающий внутреннюю оболочку 26. Как правило, слой 32 армировки обеспечивает дополнительный слой защиты для волокон 20 в кабеле 10 и может обеспечивать стойкость к повреждению (например, к повреждению, вызванному контактом или сжатием в ходе установки, к повреждению от элементов, к повреждению от грызунов, и т.д.).
[0024] Кроме того, материал гофрированной стальной ленты может включать в себя внешнее покрытие полимерного материала, который образует соединение с внутренней поверхностью внешней оболочки 12 при экструдировании внешней оболочки 12 поверх армировки 32. В конкретном варианте воплощения внешний полимерный слой армировки 32 представляет собой полиэтиленовый материал, который образует соединение с безгалогенным огнеупорным материалом на основе этиленбутилакрилата внешней оболочки 12, образованной в результате воздействия теплом и давлением, поскольку внешняя оболочка 12 экструдирована поверх армировки 32. Заявители обнаружили, что это соединение ослабляет внешний вид морщин во внешней оболочке 12 при изгибании. Это имеет место, в отличие от стандартных ПВХ-оболочек кабелей, которые имеют тенденцию к тому, чтобы не образовывать соединений со слоями армировки на основе металлической ленты. Заявители обнаружили, что использование гофрированной намотанной армировки в огнеупорном кабеле, как обсуждается в настоящей заявке (в противоположность стальной армирующей проволоке, обычно используемой в кабелях для нефтегазовой промышленности), придают кабелю низкую массу и диаметр, без ущерба настоящей работе механических, для характеристик и характеристик горения.
[0025] В различных вариантах воплощения кабель 10 имеет внешний диаметр 14-18 мм, в частности, 16-17 мм, а точнее, примерно 16,7 мм (например, 16,7 мм±1%). В дополнение, кабель 10 обладает низкой массой относительно стандартных кабелей, предназначенных для применений в нефтегазовой промышленности. В конкретных вариантах воплощения кабель 10 может включать в себя 12-72 оптических волокон 20 и обладать массой 290-330 кг/км, и, в частности, 310 кг/км. В конкретных вариантах воплощения кабель 10 может включать в себя 72-96 оптических волокон 20 и иметь массу 330-370 кг/км, и в частности, 350 кг/км. В конкретных вариантах воплощения кабель 10 может включать в себя 96-120 оптических волокон 20 и иметь массу 380-420 кг/км, и в частности, 400 кг/км. В конкретных вариантах воплощения кабель 10 может включать в себя 120-144 оптических волокон 20 и иметь массу 430-470 кг/км, и в частности, 450 кг/км. В различных вариантах воплощения предполагается, что масса кабеля 10 приблизительно на 150 кг/км меньше, чем стандартные кабели для нефтегазовой промышленности, такие как те, в которых использованы материалы оболочки на основе ПВХ и армирующие материалы из стальной проволоки. В конкретных вариантах воплощения массы кабелей, обсуждаемых в настоящей работе, предназначены для кабелей, обладающих пределом прочности при кратковременной нагрузке 6000 Н при натяжении волокна 0,38%. В различных вариантах воплощения кабель с более низкой массой, обсуждаемый в настоящей работе, может облегчить установку или размещение, поскольку более низкая масса облегчает протягивание кабеля 10 через кабелепровод, что является способом размещения кабеля, используемым обычно в нефтегазовых установках.
[0026] Обратимся к ФИГ. 1, где в различных вариантах воплощения кабель 10 включает в себя дополнительные компоненты, слои и/или структуры, в дополнение к тем, которые обсуждались выше. В различных вариантах воплощения оболочка 12 кабеля может включать в себя первый и второй слои 34 и 38 водоблокирующей ленты, слой арамида или другой материал 36 пряжи с высокой прочностью на растяжение, и слой 40 алюминиевой ленты, все из которых расположены во внутренней оболочке 26 и окружают оптические волокна 20 и буферные трубки 22. Слои 34 и 38 водоблокирующей ленты включают в себя поддающийся разбуханию суперабсорбентный полимерный материал (SAP), который действует для ограничения миграции воды вдоль длины кабеля. Алюминиевая лента 40 представляет собой материал, который образует барьер для воды, который ограничивает радиальное проникновение воды вовнутрь, к оптическим волокнам 20. Материал 36 пряжи с высокой прочностью на растяжение добавляет прочность на растяжение кабелю 10. В дополнение, кабель 10 может включать в себя различные спирально намотанные связующие во внутренней оболочке 26, что способствует удержанию вместе внутренних компонентов в ходе экструзии внутренней оболочки 26.
[0027] В различных вариантах воплощения кабель 10 может включать в себя различные структуры для облегчения открытия или доступа через внешнюю оболочку 12 и/или внутреннюю оболочку 26. В показанном варианте воплощения кабель 10 включает в себя один или более внутренних вытяжных тросов 42 и один или более внешних вытяжных тросов 44. Внутренний вытяжной трос 42 расположен ниже слоя 40 алюминиевой ленты и облегчает доступ к оптическим волокнам 20, позволяя пользователю прорвать слой 40 алюминиевой ленты и внутреннюю оболочку 26, вытягивая вытяжные тросы 42. Кабель 10 также может включать в себя дополнительный слой 46 водоблокирующей ленты, расположенной между внутренней оболочкой 26 и слоем 32 армировки, и другой дополнительный слой 48 водоблокирующей ленты, расположенный между слоем 32 армировки и оболочкой 12. В этом варианте воплощения внешний вытяжной трос 44 расположен ниже слоя 32 армировки, вследствие чего внешний вытяжной трос 44 облегчает открытие, как слоя 32 армировки, так и внешней оболочки 12. В различных других вариантах воплощения дополнительные нити пряжи с высокой прочностью на растяжение могут быть расположены в центре кабеля, рядом с буферными трубками 22, и продольный кусок водоблокирующей ленты может быть нанесен поверх перекрывающегося участка армировки 32.
[0028] Обратимся к ФИГ. 2, где показан кабель 50 согласно примерному варианту воплощения. Кабель 50 по существу является таким же, что и кабель 10, за исключением того, что обсуждалось в настоящей работе. Кабель 50 является версией кабеля 10 с меньшим диаметром. Кабель 50 снижает общий диаметр путем включения плотно намотанного внутреннего слоя 52 с небольшой толщиной, образованного из слоев водоблокирующей ленты, и нитей пряжи арамида. Кроме того, кабель 50 исключает слой алюминиевой ленты. В различных вариантах воплощения кабель 10 может снизить общий диаметр на 1-2 мм, по сравнению с кабелем 10. В различных вариантах воплощения кабель 50 имеет внешний диаметр 15-16 мм, а точнее, примерно 15,7 мм (например, 15,7 мм±1%).
[0029] Заявитель выполнил несколько испытаний на кабеле, таком как кабель 10, в котором использован материал CONGuard S7410 S, доступный от компании CONDOR Compounds GmbH в качестве материала внешней оболочки 12, для проверки различных физических характеристик функционирования кабеля 10.
[0030] Пример 1
[0031] Испытания на кручение и изгиб были выполнены для моделирования механических напряжений установки, с использованием длины кабеля 20, умноженной на диаметр кабеля, при применении закручивания. Эти испытания были выполнены на кабеле, обладающем внешним диаметром 15, и имеющим внешнюю оболочку 12 с толщиной 2 мм. Образец кабеля был смотан катушку в виде четырех различных компоновок катушки: 1) диаметр катушки 150 мм без какого-либо искривления, 2) диаметр катушки 300 мм без какого-либо искривления, 3) диаметр катушки 300 мм со скруткой 360 градусов, и 4) диаметр катушки 300 мм со скруткой 720 градусов. Кабель был подвергнут двум циклам изгибания для каждого из четырех расположений катушки при -40°C и +70°C, и был также подвергнут двум циклам изгибания для каждого из четырех расположения катушек при -40°C и +85°C. Образец кабеля не демонстрировал образование трещин.
[0032] Пример 2
[0033] Было выполнено второе испытание, которое моделирует механическое напряжение, вызванное на соседних участках кабеля, претерпеваемое в ходе возможного события смятия, которое может возникнуть, когда кабель лежит в виде цифры восемь. В этом испытании, температура повышается от комнатной температуры до 85°C в течение 2 циклов. Сила смятия 40 Н прикладывается при 85°C в течение 16 часов. Испытание повторяют при 300 Н. Кабель, подвергнутый испытанию, продемонстрировал полное отсутствие трещин при любом уровне силы смятия, а только лишь вмятость в точке контакта между участками кабеля.
[0034] Тогда как конкретные варианты воплощения кабеля, обсуждаемые в настоящей работе и показанные на Фигурах, относятся в первую очередь к кабелям, которые имеют почти круглую форму поперечного сечения, задающую почти цилиндрический внутренний ствол, в других вариантах воплощения кабели, обсуждаемые в настоящей работе, могут иметь любое количество форм поперечного сечения. Например, в различных вариантах воплощения оболочка 12 кабеля может иметь овальное, эллиптическое, квадратное, прямоугольное, треугольное сечение или другую его форму. В таких вариантах воплощения проход или просвет кабеля может иметь ту же форму или другую форму, нежели форма оболочки 12 кабеля. В некоторых вариантах воплощения оболочка 12 кабеля может образовывать более одного канала или прохода. В таких вариантах воплощения несколько каналов может быть того же размера и формы, что и каждый из других, или каждый из них может иметь различные размеры или формы.
[0035] Элементы оптической передачи, обсуждаемые в настоящей работе, включают в себя оптические волокна, которые могут представлять собой гибкие, прозрачные оптические волокна, изготовленные из стекла или пластика. Волокна могут функционировать как волновод, для передачи света между двумя концами оптического волокна. Оптические волокна могут включать в себя прозрачную сердцевину, окруженную прозрачным материалом оболочки сердцевины с более низким показателем преломления. Свет может удерживаться в сердцевине за счет полного внутреннего отражения. Стеклянные оптические волокна могут содержать кремнезем, но могут быть использованы и некоторые другие материалы, такие как фторцирконатные, фторалюминатные и халькогенидные стекла, а также кристаллические материалы, такие как сапфир. Свет можно направлять вниз сердцевины оптических волокон за счет оптической оболочки сердцевины с более низким показателем преломления, которая захватывает свет в сердцевину за счет полного внутреннего отражения. Оболочка сердцевины может быть покрыта буферным и/или другим покрытием (покрытиями), которое защищает его от влаги и/или физического повреждения. Эти покрытия могут представлять собой композитные материалы на основе уретанакрилата, подвергнутые УФ-вулканизации, нанесенные на внешнюю поверхность оптического волокна в ходе процесса вытягивания. Покрытия могут защищать нити стекловолокна. Элементы оптической передачи, обсуждаемые в настоящей работе, могут включать в себя большое разнообразие оптических волокон, включающих в себя многомодовые волокна, одномодовые волокна, волокна, нечувствительные/стойкие к изгибу, и т.д. В других вариантах воплощения оптические кабели, обсуждаемые в настоящей работе, могут включать в себя оптические волокна с множеством сердцевин, и в этом варианте воплощения каждый элемент оптической передачи может представлять собой одиночную, интегральную оптическую структуру, имеющую несколько элементов оптической передачи (например, множество оптических сердцевин, окруженных оболочкой сердцевины).
[0036] Пока четко не указано иное, ни в коей мере не следует считать, что какой-либо способ, изложенный в настоящей работе, может рассматриваться как требующий того, чтобы его этапы выполнялись в определенном порядке. Следовательно, там, где в способе согласно формуле изобретения фактически не указан порядок, согласно которому следует выполнять его этапы, или не указано иное, в частности, в формуле изобретения или в описании не указано, что этапы должны быть ограничены конкретным порядком, никоим образом не предполагается, что подразумевается какой-либо конкретный порядок. В дополнение, в соответствии с целями настоящей работы, предполагается, что единственное число включают в себя один или более одного компонента или элемента, и не подразумевается, что имеется в виду только один.
[0037] Специалистам в данной области техники должно быть ясно, что различные модификации и разновидности могут быть осуществлены без отступления от сущности или объема раскрытых вариантов воплощения. Поскольку специалисты в данной области техники могут иметь дело с комбинациями, подкомбинациями и разновидностями модификаций раскрытых вариантов воплощения, включающими в себя сущность и предмет вариантов воплощения, раскрытые варианты воплощения следует рассматривать как включающие в себя все, что входит объем прилагаемых пунктов формулы изобретения и их эквивалентов.