水下生产系统用光电液复合脐带缆及其制备方法

技术领域

本发明涉及电缆技术领域，尤其是指一种水下生产系统用光电液复合脐带缆及其制备方法。

背景技术

深海油气资源开发系统是由海上作业平台、水下生产系统和多种管缆组合而成的，具有采油、集油和输油等功能。管缆是连接海上平台与海底油气田，对液体、气体和光电信号等进行传输的媒介，是整个深海油气资源开发系统中的“生命线”。脐带缆作为海洋管缆的一个典型代表，已成为海洋油气资源开发的关键技术部件之一。

脐带缆在海洋工程中的应用经过了近60年的发展，它肩负着连接上部生产依托设施和水下生产系统的职责，在两者之间传递电力、液压动力、控制信号、反馈信号及化学药剂，其组成部分包括电缆单元、光缆单元及管单元，统称为功能单元。

不同项目对脐带缆各单元的数量要求不同，现有的功能单元数量较多的脐带缆存在如下问题：为了保证脐带缆的圆整度与力学性能，需要额外定制各种各样的异型填充物，致使脐带缆的外径增加且生产难度增大，进而导致脐带缆应用时的海底稳定性变差，安装时作用在脐带缆上的水动力载荷增大。此外，当涉及的脐带缆拥有较多数量的功能单元时，所设计的截面还需要进行二次成缆。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中为了保证脐带缆的圆整度与力学性能，需要额外定制各种各样的异型填充物，致使脐带缆的外径增加且生产难度增大，进而导致脐带缆静态应用时的海底稳定性变差，安装时作用在脐带缆上的水动力载荷增大的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种水下生产系统用光电液复合脐带缆，包括：功能单元组，包括第一钢管单元、第二钢管单元、电缆单元以及光缆单元，所述第一钢管单元布置在中心位置，所述第二钢管单元布置在所述第一钢管单元的外圈，所述电缆单元布置在所述第二钢管单元的外圈，所述光缆单元布置在所述电缆单元的外圈，截面上相邻的单元在接触位置相互外切；成缆包带，包覆在所述功能单元组的外围，与所述功能单元组外圈排布的单元同时内切；保护单元组，包覆在所述成缆包带的外围。

在本发明的一个实施例中，所述第一钢管单元、所述第二钢管单元和所述电缆单元的数目相同，都为三个以上，所述光缆单元的数目为所述电缆单元的两倍。所述第一钢管单元呈正多边形设置，所述第二钢管单元分别布置在所述正多边形各边的垂直平分线上。所述第一钢管单元和相邻的两个所述第二钢管单元与所述成缆包带共同形成第一安装区，所述第一安装区设有所述电缆单元。所述电缆单元和相邻的所述第二钢管单元与所述成缆包带共同形成第二安装区，所述第二安装区内设有所述光缆单元。

在本发明的一个实施例中，所述保护单元组包括内护套、包覆所述内护套的双层铠装钢丝、包覆所述双层铠装钢丝的铠装包带以及包覆所述铠装包带的外护套。

在本发明的一个实施例中，所述双层铠装钢丝的夹层设有绕包带。

在本发明的一个实施例中，还包括圆形填充。

本发明还提供了一种水下生产系统用光电液复合脐带缆的制备方法，包括如下生产步骤：

获取所述第一钢管单元和所述第二钢管单元；

获取所述电缆单元以及所述光缆单元，并制备所述圆形填充；

将所述功能单元组以及所述圆形填充按照预定位置排列，选择合适的分线方式后，通过分线盘引导至成缆机压线模处，确定成缆角度及放线张力等参数后，进行成缆；

在所述成缆包带的外围挤塑所述内护套；

在所述内护套外围绕包所述双层铠装钢丝；

在所述双层铠装钢丝的外围绕包所述铠装包带；

在所述铠装包带的外围挤塑所述外护套。

在本发明的一个实施例中，护套的材质为聚氯乙烯、聚乙烯、聚氨酯或陶瓷化硅橡胶中的任意一种，厚度范围为1.0-6.0mm。

在本发明的一个实施例中，各单元的成缆角度为9-11°；所述第一钢管单元的放线张力为150-180kg，所述第二钢管单元的放线张力为230-300kg，所述电缆单元的放线张力为40-80kg，所述光缆单元及所述圆形填充的放线张力为20-40kg。

在本发明的一个实施例中，所述双层铠装钢丝的内层钢丝数目为80-85根，外层钢丝数目为85-90根。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

本发明所述的一种水下生产系统用光电液复合脐带缆，包括功能单元组、包覆功能单元组的成缆包带以及包覆成缆包带的保护单元组。功能单元组包括第一钢管单元、第二钢管单元、电缆单元以及光缆单元，功能单元组的各单元呈集束结构排列，截面上相邻的单元两两相切，外圈排布的单元同时内切于成缆包带。本发明通过几何排布上的设计，对常规思路设计的光电液复合脐带缆进行优化。优化后，脐带缆内部的光缆单元、电缆单元以及钢管单元分布均匀，相邻的各单元在几何上两两相切，无需采用异型填充物，且无须进行二次成缆，减轻了生产制造时的难度，也保证了脐带缆的圆整度。

进一步的，第一钢管单元、第二钢管单元和电缆单元的数目相同，都为三个以上，光缆单元的数目为电缆单元的两倍，能够满足实际生产中对于多电缆单元、光缆单元以及管单元的需要。

进一步的，第一钢管单元呈正多边形设置，第二钢管单元分别布置在正多边形各边的垂直平分线上。第一钢管单元和相邻的两个第二钢管单元与成缆包带共同形成第一安装区，第一安装区设有电缆单元。电缆单元和相邻的第二钢管单元与成缆包带共同形成第二安装区，第二安装区内设有光缆单元。本发明提出的一种水下生产系统用光电液复合脐带缆使强度较高的钢材料更集中于截面中心，而带有铜导体或光纤纤维的电/光缆单元分布在受力较小的截面边界处，能够避免电缆单元与光缆单元在承受拉力时先于抗拉强度更高的钢管屈服的情况，力学性能优异。其结构紧密且安排更加合理，成缆外径比常规外径小，减少了该脐带缆在安装时的水动力载荷，同时使脐带缆在静态应用时能够具有更加优异的海底稳定性。

进一步的，保护单元组包括内护套、包覆内护套的双层铠装钢丝、包覆双层铠装钢丝的铠装包带以及包覆铠装包带的外护套，双层铠装钢丝的夹层设有绕包带。双层铠装钢丝不仅能对功能单元起到各向受力的保护作用，还能通过调节铠装钢丝的节径比(缠绕角度)达到调整脐带缆扭转平衡的目的。

进一步的，第一钢管单元的外围包覆护套，护套的材质为聚氯乙烯、聚乙烯、聚氨酯或陶瓷化硅橡胶中的任意一种，厚度范围为1.0-6.0mm。一方面，各类尺寸的钢管在挤塑护套后具有更统一的外径尺寸，与电缆单元和光缆单元的外径能够形成可以紧密排布的比例关系，同时巧妙地避免了钢管与钢管之间的直接接触；另一方面，在不影响紧密排布方式的情况下，可以调节钢管的材料与壁厚，以使脐带缆满足在不同设计压力与不同应用水深下的使用要求。

综上，本发明很好的解决了现有技术存在的问题，实现了不需要异形填充物、缆型圆整、成缆外径小且不需要二次成缆的有益效果。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明的一种水下生产系统用光电液复合脐带缆的实施例1的结构示意图；

图2是本发明的一种水下生产系统用光电液复合脐带缆的实施例1的排列方式示意图；

图3是本发明的一种水下生产系统用光电液复合脐带缆的实施例1的分线方式示意图；

图4是一种电单元集中的光电液复合脐带缆的结构示意图；

图5是一种钢管集中的光电液复合脐带缆的结构示意图；

图6是本发明的一种水下生产系统用光电液复合脐带缆的实施例2的排列方式示意图。

说明书附图标记说明：1、功能单元组；11、第一钢管单元；12、第二钢管单元；13、电缆单元；14、光缆单元；111、第一安装区；112、第二安装区；2、成缆包带；3、保护单元组；31、内护套；32、双层铠装钢丝；321、绕包带；33、铠装包带；34、外护套；4、圆形填充；5、异形填充；6、分线盘。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

实施例1

参照图1所示，本发明的一种水下生产系统用光电液复合脐带缆，包括功能单元组1、包覆功能单元组1的成缆包带2以及包覆成缆包带2的保护单元组。功能单元组1包括第一钢管单元11、第二钢管单元12、电缆单元13以及光缆单元14。功能单元组1的各单元呈集束结构排列，截面上相邻的单元两两相切，外圈排布的单元同时内切于成缆包带2。通过几何排布上的设计，对常规思路设计的光电液复合脐带缆进行优化。优化后，脐带缆内部的光缆单元、电缆单元以及钢管单元分布均匀，相邻的各单元在几何上两两相切，无需采用异型填充物，且无须进行二次成缆，减轻了生产制造时的难度，也保证了脐带缆的圆整度。

可选地，第一钢管单元11、第二钢管单元12和电缆单元13的数目相同，都为三个以上。光缆单元14的数目为电缆单元13的两倍。能够满足实际生产中对于多电缆单元、光缆单元以及管单元的需要。第一钢管单元11呈正多边形设置，第二钢管单元12分别布置在正多边形各边的垂直平分线上。第一钢管单元11和相邻的两个第二钢管单元12与成缆包带2共同形成第一安装区111，第一安装区111设有电缆单元13。电缆单元13和相邻的第二钢管单元12与成缆包带2共同形成第二安装区112，第二安装区112内设有光缆单元14。强度较高的钢材料更集中于截面中心，而带有铜导体或光纤纤维的电/光缆单元分布在受力较小的截面边界处，能够避免电缆单元与光缆单元在承受拉力时先于抗拉强度更高的钢管屈服的情况，力学性能优异。其结构紧密且安排更加合理，成缆外径比常规外径小，减少了该脐带缆在安装时的水动力载荷，同时使脐带缆在静态应用时能够具有更加优异的海底稳定性。

具体的，本实施例中，第一钢管单元11、第二钢管单元12和电缆单元13的数目都为四个，光缆单元14的数目为八个。第一钢管单元11呈正四边形设置，第二钢管单元12分别布置在正四边形的四条边的垂直平分线上。第一钢管单元11和相邻的两个第二钢管单元12与成缆包带2共同形成四个第一安装区111，每个第一安装区111各设有一个电缆单元13。电缆单元13和相邻的第二钢管单元12与成缆包带2共同形成八个第二安装区112，每个第二安装区112内各设有一个光缆单元14。

可选地，保护单元组3包括内护套31、包覆内护套31的双层铠装钢丝32、包覆双层铠装钢丝32的铠装包带33以及包覆铠装包带33的外护套34。双层铠装钢丝不仅能对功能单元起到各向受力的保护作用，还能通过调节铠装钢丝的节径比(缠绕角度)达到调整脐带缆扭转平衡的目的。

可选地，双层铠装钢丝32的夹层设有绕包带321，使双层铠装钢丝32结构更加规整。

可选地，还包括圆形填充4。

具体的，本实施例中，圆形填充4的数量为一个。

本发明实施例1的第二方面还提供一种水下生产系统用光电液复合脐带缆的制备方法，其应用于制备上述实施例中的光电液复合脐带缆，包括如下步骤：

制备项目指定规格的第一钢管单元11和第二钢管单元12，并依照截面排布的需要，对钢管单元挤塑护套。

可选地，护套的材质为聚氯乙烯、聚乙烯、聚氨酯或陶瓷化硅橡胶中的任意一种，厚度范围为1.0-6.0mm。一方面，各类尺寸的钢管在挤塑护套后具有更统一的外径尺寸，与电缆单元和光缆单元的外径能够形成可以紧密排布的比例关系，同时巧妙地避免了钢管与钢管之间的直接接触；另一方面，在不影响紧密排布方式的情况下，可以调节钢管的材料与壁厚，以使脐带缆满足在不同设计压力与不同应用水深下的使用要求。

依照行业标准，制备项目指定规格的电缆单元13以及光缆单元14，并制备圆形填充4。

将功能单元组1以及圆形填充4按照预定位置排列，选择合适的分线方式后，通过分线盘6引导至成缆机压线模处，确定成缆角度及放线张力等参数后，进行成缆。

具体的，本实施例中，功能单元组1和圆形填充4的预定排列位置参照图2，第一钢管单元11呈正四边形布置在中心位置，第二钢管单元12布置在正四边形各边的垂直平分线上，每个第一安装区111各设有一个电缆单元13，每个第二安装区112内各设有一个光缆单元14。

具体的，本实施例中，分线盘6的分线方式参照图3，其中A区域布置第一钢管单元11、B区域布置第二钢管单元12、C区域布置电缆单元13、D区域布置光缆单元14、E区域布置圆形填充4。

可选地，各单元的成缆角度为9-11°。

具体的，本实施例中，各单元的成缆角度为9°。

可选地，第一钢管单元11的放线张力为150-180kg，第二钢管单元12的放线张力为230-300kg；电缆单元13的放线张力为40-80kg；光缆单元14及圆形填充4的放线张力为20-40kg。

具体的，本实施例中，第一钢管单元11的放线张力为150kg，第二钢管单元12的放线张力为230kg；电缆单元13的放线张力为40；光缆单元14及圆形填充4的放线张力为20kg。

在成缆包带2的外围挤塑内护套31。

在内护套31外围绕包双层铠装钢丝32。

在双层铠装钢丝32的外围绕包铠装包带33。

在铠装包带33的外围挤塑外护套34。

可选地，双层铠装钢丝32的内层钢丝数目为80-85根，外层钢丝数目为85-90根。

具体的，本实施例中，双层铠装钢丝32的内层钢丝数目为82根，外层钢丝数目为86根。

现有的四个电缆单元的光电液复合脐带缆主要有电单元集中和钢管集中的两种布置方式。其中，钢管集中的光电液复合脐带缆，参照图4；电单元集中的光电液复合脐带缆，参照图5。钢管集中的光电液复合脐带缆的成缆外径为218.60mm，不需要二次成缆，成缆后功能单元在截面中的占比为59.9425％，内外层铠装钢丝的根数分别为91根和97根，整个脐带缆截面中功能单元的占比为37.1275％。电单元集中的光电液复合脐带缆的成缆外径为225.88mm，需要二次成缆，成缆后功能单元在截面中的占比为53.9879％，内外层铠装钢丝的根数分别为94根和100根，整个脐带缆截面中功能单元的占比为34.7728％。本发明实施例提供的一种水下生产系统用光电液复合脐带缆，参照图1，成缆外径为201.8mm，不需要二次成缆，成缆后功能单元在截面中的占比为71.7945％，内外层铠装钢丝的根数分别为82根和86根，整个脐带缆截面中功能单元的占比为43.5666％。

综上可知，本实施例所提供的一种水下生产系统用光电液复合脐带缆，功能单元包括4根较大的钢管、4根较小的钢管、4根低压电缆单元和8根光缆单元，通过对其排布方式进行设计，对光电液复合脐带缆进行的结构进行优化，优化设计后的脐带缆的成缆外径更小，仅在电缆中心有一根填充圆形填充，不需要异形填充无，一次成缆即可完成生产，对完成成缆后的截面而言，其功能单元在截面中的占比从53.9879％和59.9425％上升到了71.7945％；对整个脐带缆截面而言，功能单元在截面中的占比从34.7728％和37.1275％上升到了43.5666％；所用钢丝根数有所减少，节约了电缆的制备材料。

实施例2

与实施例1相比，本实施例的不同之处在于：

本实施例中，第一钢管单元11、第二钢管单元12和电缆单元13的数目都为五个，光缆单元14的数目为十个。第一钢管单元11呈正五边形设置，第二钢管单元12分别布置在正五边形的五条边的垂直平分线上。第一钢管单元11和相邻的两个第二钢管单元12与成缆包带2共同形成五个第一安装区111，每个第一安装区111各设有一个电缆单元13。电缆单元13和相邻的第二钢管单元12与成缆包带2共同形成十个第二安装区112，每个第二安装区112内各设有一个光缆单元14，参照图6。

本实施例中，各单元的成缆角度为11°。

可选地，第一钢管单元11的放线张力为180kg，第二钢管单元12的放线张力为300kg；电缆单元13的放线张力为80kg；光缆单元14及圆形填充4的放线张力为40kg。

本实施例中，双层铠装钢丝32的内层钢丝数目为85根，外层钢丝数目为90根。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连；可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”，可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”，可以是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”，可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度低于第二特征。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。