Коммуникационный кабель для нисходящей скважины

Коммуникационный кабель для нисходящей скважины

Реферат

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Данное изобретение относится к коммуникационному кабелю для нисходящих скважин для работы при температурах, превышающих рабочую температуру фторполимера в компонентах кабеля, и к использованию таких фторполимеров в нисходящих скважинах в таких температурных условиях.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Нисходящие скважины для извлечения углеводородных жидкостей, таких как нефть и/или природный газ, из недр земли или для утилизации тепловой энергии водной текучей среды, находящейся в земле, работают в условиях все более высоких температур в зависимости от места и глубины бурения скважины. При глубоком бурении температуры не ниже 280°C становятся обычными на дне или близко ко дну скважины, т.е. вблизи забоя скважины.

Коммуникационный кабель вводят в такие нисходящие скважины для передачи сигналов между центром управления на поверхности земли и скважинным инструментом, таким как, например, каротажный зонд, или для подвода электроэнергии для проведения скважинных работ, например бурения. Кабели включают полимерный компонент, например либо электрическую изоляцию, либо, в случае оптоволоконного кабеля, защитный материал, окружающий оптическое волокно, т.е. оболочку и/или уплотнительный материал, расположенный между оптическим волокном и оболочкой. Скважинный инструмент сам по себе может включать полимерный компонент в качестве герметизирующего материала для предотвращения проникновения скважинных жидкостей в инструмент, изоляции электрического провода(ов) или защитного материала, окружающего оптическое волокно.

Полимерный компонент является слабым звеном в кабеле в том, что касается способности выдерживать все более высокие температуры, встречающиеся вблизи забоя скважины, поскольку бурение скважин происходит все глубже в недрах земли. Патент США 5894104 раскрывает спускаемый на тросе кабель, имеющий каротажный зонд на своем нижнем конце, причем кабель содержит полимерную изоляцию, как, например: PFA, FEP и TEFZEL^®, а зонд содержит уплотнения из эластомера или PEEK (полиэфирэфиркетона). PFA - это сополимер тетрафторэтилена (TFE) и перфторированного алкилвинилового эфира, FEP - это сополимер TFE и гексафторпропилена, и TEFZEL^® - это сополимер TFE и этилена (ETFE). Патент США 7235743 раскрывает на Фиг.5 кабель для ствола скважины, который включает множество полимерных компонентов, электрическую изоляцию 506, окружающую скрученную жилу из электрических проводов, устойчивые к сжатию силовые элементы 508, которые могут быть окружены устойчивым к сжатию полимером, провода бронирования 516 и 518, образующие поверхность кабеля, которые имеют полимерное покрытие, оболочку 514, окружающую сборку из изолированных проводов и силовых элементов, и уплотнительный материал 510, заполняющий пространство между изолированной проволокой, силовыми элементами и оболочкой. PFA, FEP и ETFE перечислены среди раскрытых полимеров как полезные для многих из этих применений в кабеле. Эти фторполимеры являются широко доступными и имеют следующие температурные характеристики*:

	Температура плавления (°C)	Температура непрерывного использования (°C)
PFA	302-310	260
FEP	245-265	200
ETFE	250-280	150
* стр. 6 и 125-128 и 133-134 в S. Ebnesajjad, Fluoroplastics, Vol. 2 Melt Processible Fluoropolymers, The Definitive User's Guide and Databook, издано Plastics Design Library (2003). Температура плавления PFA приведена для коммерциализованного в 1972 года PFA (тетрафторэтилен/перфторированный пропилвиниловый эфир).

Температура плавления представляет собой температуру, соответствующую положению эндотермического пика ДСК, который является результатом фазового перехода полимера из твердой фазы в жидкую (расплавленную). Однако температура, которую может выдерживать полимер, значительно ниже температуры плавления, как показывают значительно более низкие температуры непрерывного использования (эксплуатации). Под температурами непрерывного использования, приведенными выше, понимают самую высокую температуру, при которой полимер может быть использован в течение периода 6 месяцев, во время которого упругие свойства снижаются до 50% от первоначального значения. Эту температуру определяют с помощью испытания упругих свойств испытуемых образцов полимера, подвергнутых тепловому старению без применения нагрузки в течение 6 месяцев. Тестируемые образцы извлекают из камеры для теплового старения и проводят определение их упругих свойств при температуре окружающей среды (15-25°C).

Снижение упругих свойств с увеличением времени теплового старения указывает на ухудшение целостности фторполимера. Однако, если определение упругих свойств фторполимера проводить при температуре теплового старения, снижение упругих свойств проявляется немедленно, т.е. старение не требуется. Например, предел прочности при растяжении ETFE, который составляет не менее примерно 6000 фунтов на квадратный дюйм (41,4 МПа) при температуре окружающей среды, снижается до примерно 2000 фунтов на квадратный дюйм (13,8 МПа) при испытании на растяжение при 150°C. Обеспокоенность снижением упругих свойств при высоких температурах отражена в производственном стандарте для температуры отжига (отпуска) фторполимера с наиболее высокой температурой переработки расплава - PFA, приведенного выше в таблице. Сформованные из PFA изделия нагревают до 250-260°C с целью снятия внутренних напряжений для улучшения стабильности размеров сформованного изделия. Типичное время нагрева в течение 10 минут на каждый 1 мм толщины в результате составляет примерно 4 часа в случае толстостенного формованного из PFA изделия, т.е. при толщине 25,4 мм. Температуру нагрева устанавливают значительно ниже температуры плавления PFA для того, чтобы избежать разрушения изделия.

PFA, имеющий наиболее высокую температуру непрерывного использования, является материалом выбора для компонентов изделий, используемых в нисходящих скважинах, приближенных к забою скважины. Из опыта отжига изделий из PFA, в которых не происходит изменения размеров под действием собственного веса изделия, под температурой непрерывного использования понимают верхний предел температуры эксплуатации.

Вопрос заключается в том, может ли фторполимер быть непрерывно использован при температурах выше 260°C. Политетрафторэтилен (PTFE) может быть возможным кандидатом благодаря тому факту, что PTFE не становится текучим в расплавленном состоянии из-за своего чрезвычайно высокого молекулярного веса. Однако недостатком PTFE является то, что изделия из него невозможно изготовить путем экструзии расплава. Это отсутствие возможности для переработки расплава является практическим препятствием для использования PTFE в качестве полимерного(ых) компонента(ов) коммуникационного кабеля в нисходящих шахтах. Изоляция кабеля, оболочка и защитный материал требуют экструзии расплава для формования большой длины, необходимой для производства кабеля большой длины, который необходим для нисходящих скважин.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящим изобретением обнаружено, что способный к переработке в расплаве PFA может быть модифицирован таким образом, чтобы быть пригодным для использования в качестве компонентов коммуникационного кабеля, используемого в нисходящих скважинах, где температуры могут достигать 280°C и выше.

Изобретение может быть определено как размещение коммуникационного кабеля в нисходящей скважине, где температура может быть не ниже 280°C, причем по меньшей мере часть указанного кабеля таким образом подвергается воздействию указанной температуры, при этом указанный кабель содержит в качестве своего компонента композицию, включающую легко обрабатываемый в расплаве сополимер тетрафторэтилена и перфторированного алкилвинилового эфира (PFA), причем перфторированный алкил содержит 1-5 атомов углерода, и текучий в расплавленном состоянии политетрафторэтилен, который самостоятельно не обладает прочностью на разрыв и присутствует в указанной композиции в количестве, эффективном для обеспечения способности указанного компонента выдерживать указанную температуру. Наивысшая температура в скважине будет составлять 280°C или выше, или ожидается, что она будет не ниже этой температуры, и планируется, что устойчивость к высоким температурам компонента кабеля, который будет подвергаться воздействию этой температуры, будет соответствующей, т.е. будет выдерживать действие этой температуры.

Для модификации PFA использован политетрафторэтилен, отличный от PTFE, который, как обсуждалось выше, не способен течь в расплаве. Для модификации PFA использован политетрафторэтилен с низким молекулярным весом, который здесь упоминается как LMW PTFE в отличие от PTFE, который не способен течь в расплаве из-за своего чрезвычайно высокого молекулярного веса.

Способность компонента, выполненного из композиции, используемой в данном изобретении, выдерживать температуру не ниже 280°C означает, что компонент сохраняет форму, полученную при изготовлении из расплава, и физическую целостность во время эксплуатации в нисходящей скважине. Обнаружено, что политетрафторэтилен, используемый в данной композиции и самостоятельно не имеющий прочности на разрыв, способен повышать температуру эксплуатации PFA во время переносимого воздействия высоких температур, встречающегося при работе в нисходящей скважине. Таким образом, LMW PTFE взаимодействует с PFA во время эксплуатации при высокой температуре, что приводит к устойчивости против деградации композиции PFA/LMW PTFE во время воздействия высоких температур в нисходящей скважине. Это воздействие приводит к твердофазному термическому превращению внутри композиции, т.е. эпитаксиальной совместной кристаллизации, которая будет дополнительно описана в Примере 4.

Другой вариант осуществления данного изобретения может быть определен как коммуникационный кабель для нисходящей скважины, содержащий по меньшей мере один электрический провод или оптическое волокно, окруженные электрической изоляцией или защитным материалом соответственно, причем указанный изоляционный или защитный материалы содержат композицию, включающую легко перерабатываемый в расплаве сополимер тетрафторэтилена и перфторированного алкилвинилового эфира, причем указанный перфторированный алкил содержит 1-5 атомов углерода, и текучий в расплавленном состоянии политетрафторэтилен, причем указанный политетрафторэтилен самостоятельно не обладает прочностью на разрыв и присутствует в указанной композиции в количестве, эффективном для обеспечения способности указанных изоляции и защиты выдерживать воздействие температуры не ниже 280°C в указанной нисходящей скважине.

Еще один вариант осуществления данного изобретения может быть определен как коммуникационный кабель для нисходящей скважины, содержащий (i) по меньшей мере один электрический провод, (ii) электрическую изоляцию, окружающую указанный провод, и (iii) несущий элемент, скрепленный с указанной изоляцией, причем указанная изоляция содержит композицию, включающую легко перерабатываемый в расплаве сополимер тетрафторэтилена и перфторированного алкилвинилового эфира, причем указанный перфторированный алкил содержит 1-5 атомов углерода, и текучий в расплавленном состоянии политетрафторэтилен, причем указанный политетрафторэтилен самостоятельно не обладает прочностью на разрыв и присутствует в указанной композиции в количестве, эффективном для обеспечения способности указанной изоляции и силового элемента выдерживать воздействие температуры не ниже 280°C в указанной нисходящей скважине. Изоляция может быть первичной и/или вторичной изоляцией. Провод кабеля электропитания обычно формируют из скрученной вместе проволоки, образующей зазоры на поверхности провода, а изоляция, окружающая провод, заполняет эти зазоры.

Настоящее изобретение может также быть описано как использование композиции, включающей легко перерабатываемый в расплаве сополимер тетрафторэтилена и перфторированного алкилвинилового эфира, причем указанный перфторированный алкил содержит 1-5 атомов углерода, и текучий в расплавленном состоянии политетрафторэтилен, в нисходящей скважине, где температура, воздействию которой может быть подвергнута указанная композиция, составляет 280°C или выше. Политетрафторэтилен в данной композиции, как описано выше, самостоятельно не имеет прочности при растяжении и присутствует в указанной композиции в количестве, эффективном для обеспечения способности указанной композиции выдерживать воздействие температуры не ниже 280°C. Предполагается, что основное применение (использование) композиции будет в качестве компонента коммуникационного кабеля, как описано в данном документе.

ДЕТАЛЬНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Нисходящие скважины, к которым применимо настоящее изобретение, в общем представляют собой скважины, которые производят углеводородные жидкости, как, например, нефть и/или природный газ или термальную энергию. Нисходящей скважиной также может быть скважина, которая производит другую жидкость, не являющуюся углеводородной жидкостью, особенно пар, как в случае геотермальных скважин. В этих нисходящих скважинах жидкость извлекают из недр земли. Другой нисходящей скважиной может быть скважина, которую используют для извлечения жидкой среды из земли, но не прямым образом, как это происходит в случае закачивания пара в скважину для сжижения нефти в нефтеносных песках, где сжиженную нефть затем извлекают транспортировкой и нагнетанием из отдельной расположенной рядом нисходящей скважины. Верхняя часть скважины, т.е. устье, может быть расположена на суше или в море на морском дне. Нисходящая скважина может быть в том виде, как она была пробурена, т.е. представлять собой ствол скважины, или может быть обсажена, чтобы вмещать эксплуатационную колонну для подъема жидкой среды из земли к устью скважины или для подвода пара к забою, в зависимости от конкретного случая. Эксплуатационная колонна содержит отверстие у забоя скважины (конца скважины) для впуска жидкой среды из земли или нагнетания пара в землю и отверстие в верхней части (устье скважины) для отвода транспортируемой жидкой среды и для подвода нагнетаемого пара. Эксплуатационная колонна обычно продолжает длину ствола скважины вблизи забоя скважины. Дополнительная труба может быть закреплена в обсадке эксплуатационной колонны в пределах скважины рядом с эксплуатационной колонной. Эта дополнительная труба, которую иногда называют капиллярной, обеспечивает канал для размещения коммуникационного кабеля, если этот кабель не располагается внутри эксплуатационной колонны.

Забой нисходящей скважины является нижним концом ствола скважины. Этот нижний конец является самой глубокой частью скважины. Забой скважины может быть самым глубоким вертикальным проникновением скважины в недра земли и также включает любую горизонтальную часть, продолжающуюся от вертикального проникновения. Продолженная горизонтальная часть ствола скважины не обязательно находится под прямыми углами к вертикальному стволу скважины или параллельно поверхности земли. Эта продолженная часть следует пласту земли, который в основном является горизонтальным и из которого извлекают желаемую жидкую среду.

Обычно забой скважины является наиболее горячей зоной скважины, а в случае горизонтально продолжающегося ствола скважины, эта наиболее горячая зона имеет значительную длину. Часть коммуникационного кабеля, находящаяся вблизи забоя скважины, подвержена воздействию температуры этой наиболее горячей зоны. Тепло земли может дополняться теплом, производимым скважинной работой, например бурением, что может повысить температуру скважины на 30-50°C. Таким образом, температура выше 280°C, встречающаяся в нисходящей скважине, может быть как результатом температуры земли, так и температуры (подводимой) в результате работы. Другая подводимая температура является результатом нагнетания пара в скважину. В то время как наиболее горячая зона скважины будет в основном вблизи забоя скважины, включая забой (конец) скважины, эта зона может быть значительно длиннее, т.е. занимать большую длину скважины, в случае если скважину используют для нагнетания пара. Коммуникационный кабель обычно изготавливают так, чтобы он выдерживал условия наиболее горячей температурной зоны в скважине, даже если только часть длины кабеля будет подвергаться воздействию этой зоны. Это происходит потому, что кабель обычно изготавливают путем непрерывного процесса, путем экструзионного формования полимерного компонента, например, как формуют электрическую изоляцию кабеля.

В то время как компоненты кабеля по настоящему изобретению пригодны для воздействия температур в скважине не ниже 280°C, эти компоненты также пригодны для использования при более высоких скважинных температурах, например, не ниже 290°C, и предпочтительно не ниже 300°C. Эти температуры существуют вблизи наиболее глубокой части (забоя) скважины, там, где обычно в скважине располагается более низкий конец эксплуатационной колонны, в случае ее наличия. Период воздействия на компонент наиболее высокой температуры в скважине может варьироваться в соответствии со временем пребывания, предназначенного для коммуникационного кабеля, введенного в нисходящую скважину. Эти компоненты также пригодны для длительного использования при каждой из этих температур, причем минимальный период длительного использования составляет не менее одной недели, предпочтительно, не менее одного месяца, и более предпочтительно, не менее шести месяцев. Эти минимальные периоды длительного использования относятся к каждой из минимальных скважинных температур, упомянутых выше.

Композиция, используемая в настоящем изобретении, пригодна для формования компонентов кабеля разнообразных конструкций кабеля, где в кабеле есть по меньшей мере часть, которая располагается вблизи наиболее горячей зоны скважины, то есть забоя скважины. Эти компоненты являются компонентами, которые можно изготовить из полимерного материала. Из композиции можно изготовить более чем один компонент кабеля, в силу чего описание компонента кабеля как выполненного из композиции, может выражаться с точки зрения "включает", чтобы указать на возможность изготовления множества компонентов из этой композиции. Некоторые подробности этих конструкций обсуждаются ниже со ссылкой на фигуры в патентах или публикациях патентных заявок. Эти фигуры и сопровождающие их раскрытия включены в данное изобретение путем ссылки.

Одна группа коммуникационных кабелей для использования в нисходящих скважинах представляет собой коммуникационный кабель, передающий сигнал (данные) между указанной призабойной зоной скважины, например дном эксплуатационной колонны, и верхом скважины, причем такой кабель содержит по меньшей мере один электрический провод и изоляцию, окружающую провод, и компонент, изготовленный из композиции, используемой в данном изобретении, представляет собой или включает изоляцию.

Термин "изоляция", используемый в данной патентной заявке, представляет собой электрическую изоляцию, т.е. изоляцию, которая не проводит электричество. Изоляция может быть первичной изоляцией или вторичной изоляцией. Первичная изоляция представляет собой изоляцию, окружающую электрический провод и находящуюся в контакте с проводом по всей его длине. Вторичная изоляция представляет собой дополнительную изоляцию, окружающую провод, но которую наносят на первичную изоляцию либо непосредственно на первичную изоляцию, либо опосредованно, как в случае, когда присутствует промежуточная уплотнительная изоляция. Таким образом, вторичная изоляция будет обычно представлять собой либо оболочку для первично изолированного провода, либо оболочку для уплотнительного материала, окружающего первично изолированный провод. Композиция, используемая в настоящем изобретении, может быть использована в обоих применениях вторичной изоляции. Термин "провод", используемый в данной патентной заявке, означает электрический провод, либо изготовленный из одиночной проволоки, либо из многочисленных проволок, обычно скрученных вместе с образованием жилы.

Другая группа коммуникационных кабелей для использования в нисходящих скважинах включает по меньшей мере одно оптическое волокно и защитный материал, окружающий оптическое волокно, где компонент, изготовленный из композиции, используемой в данном изобретении, представляет собой или включает защитный материал, окружающий оптическое волокно.

Другая группа коммуникационных кабелей для использования в нисходящих скважинах представляет собой коммуникационный кабель, имеющий нижний конец, содержащий зонд, например, для геофизических исследований скважины, размещенный на нижнем конце, причем зонд включает либо по меньшей мере один электрический провод, либо по меньшей мере одно оптическое волокно, и кожух для защиты указанного электрического провода или оптического волокна, компонент, изготовленный из композиции, используемой в данном изобретении, представляет собой или включает уплотнение, изолирующее внутреннюю часть указанного кожуха от указанной нисходящей скважины. Это предотвращает попадание в кожух жидкой среды из скважины, которая является как коррозионной, так и имеет высокую температуру, и корродирование зонда. Другим оборудованием, которое может быть размещено в нижнем конце кабеля, является мотор, имеющий обмотку, и компонент кабеля, изготовленный из композиции, представляет собой или включает изоляцию обмотки мотора.

Другая группа коммуникационных кабелей для использования в нисходящих скважинах представляет собой кабель электропитания, обеспечивающий электропитание в забое скважины, где компонент, изготовленный из композиции, используемой в данном изобретении, представляет собой или включает изоляцию. Вместо информации данный кабель сообщает (передает) электрическую энергию оборудованию, к которому этот кабель присоединен. Изоляция может быть первичной и/или вторичной изоляцией для проводника кабеля.

Коммуникационный кабель в общем случае будет включать несущий элемент, т.е. элемент, отличный от электрического провода или оптического волокна и который является неотъемлемой частью кабеля с тем, чтобы нести груз кабеля вниз вдоль нисходящей скважины. Такой коммуникационный кабель может быть использован для передачи информации из глубин скважины к устью скважины или обеспечивать электропитание для скважинной работы, например бурения. Обычно несущий элемент будет содержать проволоку высокой прочности, расположенную снаружи кабеля и образующую неотъемлемую часть кабеля. Коммуникационный кабель может также содержать металлическую оплетку вокруг композиции в качестве защиты при обращении и от условий применения, в которых используют коммуникационный кабель.

Примерами таких компонентов коммуникационного кабеля, которые могут быть изготовлены из композиции, применяемой в данном изобретении, являются следующие.

Патент США 3832481 показывает на Фиг.4 поперечное сечение электрического кабеля для электропитания погружных моторов, причем кабель содержит три скрученные из проволоки жилы 17, образующие три электрических провода, причем каждый провод покрыт первичной изоляцией 19, оболочкой 21, и сборка из трех изолированных проводов заключена в уплотнительный материал 23, а затем в оболочку 13 и внешнюю металлическую броню 15. Один или несколько компонентов этого кабеля, т.е. первичная изоляция 19, оболочка 21, уплотнительный материал 23 и оболочка 13 могут быть изготовлены из композиции, используемой в настоящем изобретении. Скрученные из проволоки жилы, образующие провод, также образуют зазоры на поверхности указанного провода, как показано на Фиг.4, и первичная изоляция 19 также служит уплотнительным материалом, т.е. заполняет эти зазоры, а также пространство между проводом и оболочкой, которая заключает в себе провод и первичную изоляцию.

Патент США 4705353 показывает на Фиг.1 поперечное сечение оптоволоконного кабеля, где каждое оптическое волокно 12 заключено в защитный слой 16 из фторполимера TEFLON®, и сборка из трех защищенных оптических волокон заключена в защитную оболочку 18 из фторполимерной смолы TEFZEL®. Защитный слой 16 и/или защитная оболочка 18 могут быть изготовлены из композиции по настоящему изобретению.

Патент США 4523804 показывает на Фиг.1 поперечное сечение оптоволоконного кабеля, где внешняя оболочка 20 из полимерного материала, как, например, PFA, обеспечена поверх промежуточных защитных материалов оптических волокон 14. Эта оболочка может быть изготовлена из композиции, используемой в настоящем изобретении.

Патент США 5894104 показывает на Фиг.2 вид сбоку кабеля, содержащего спускаемый на тросе провод 20 для передачи данных, изоляцию 21, окружающую провод, и металлическую трубку 22, окружающую изоляцию 21, где все заключено в кожух 23, образуя зонд. Изоляция может быть изготовлена из композиции, используемой в настоящем изобретении. Фиг.4 в поперечном сечении показывает наличие блокирующих заслонок 30 и вкладыш 35, находящиеся между изолированным проводом и кожухом, изолируя внутреннюю часть кожуха 23 от скважины, т.е. предотвращая проникновение скважинных жидкостей во внутреннюю часть кожуха. Заслонки и/или вкладыш могут быть изготовлены из композиции, используемой в настоящем изобретении. Фиг.4 также показывает слой высокотемпературной полимерной изоляции 21, заключающей в себе провод 21 внутри кожуха зонда, который также может быть изготовлен из композиции по настоящему изобретению.

Патент США 7009113 на Фиг.3 показывает поперечное сечение электрического кабеля, состоящего из проводов 202 и 204, образованных из скрученных проволок, причем каждый провод окружен первичной изоляцией 206, оболочкой 207, уплотнительным материалом 208 и внешней оболочкой 302, причем по меньшей мере два слоя 214 и 216 бронирующей проволоки образуют внешнюю защиту кабеля и несут груз кабеля. Один или несколько следующих компонентов могут быть изготовлены из композиции, используемой в настоящем изобретении: первичная изоляция 206, оболочка 207, уплотнительный материал 208 и внешняя оболочка 302.

Патент США 7066246 на Фиг.3 показывает поперечное сечение плоского кабеля, содержащего совокупность проводов 202 для передачи сигналов, причем каждый провод окружен первичной изоляцией 204, при этом совокупность изолированных проводов прикреплена к плоскому продолженному (в направлении длины кабеля) поддерживающему слою 206 уплотненного пластика. Первичная изоляция 204 может быть изготовлена из композиции, используемой в настоящем изобретении.

Патент США 7235743 на Фиг.5 показывает поперечное сечение электрического кабеля, состоящего из множества проводов 504, причем каждый из них имеет полимерную изоляцию 506, все заключены в устойчивую к ползучести оболочку 514 и бронирующую проволоку 516 и 518. Пространство между изолированными проводами и оболочкой 514 заполнено несжимаемым уплотнительным материалом 510 и распределенными внутри устойчивыми к сжатию силовыми элементами 508, каждый из которых представляет собой покрытую полимером нить. Один или несколько следующих компонентов кабеля могут быть изготовлены из композиции, используемой в настоящем изобретении: полимерная изоляция 506, уплотнительный материал 510 и полимерная оболочка, образующая силовые элементы 508.

Патент США 7324730 на Фиг.3 показывает поперечное сечение оптоволоконного/электрического проводящего кабеля, где изоляционный материал 108 заключает в себе пучок скрученных вместе проводов 106 и заполняет зазоры, образовавшиеся при скручивании проводов вместе. Фиг.3 показывает в поперечном сечении расположенное центрально оптическое волокно 302, окруженное металлическими проводами 304, которые в свою очередь окружены полимерным изоляционным материалом 306, который может быть изготовлен из композиции, используемой в настоящем изобретении.

Публикация заявки на патент США 2007/0188344 на Фиг.7 показывает обсадную трубу, содержащую бурильную колонну 12, образующую полую трубу и содержащую буровой наконечник 15 на своем нижнем конце. Провод 708, имеющий зонд 710 на своем нижнем конце, пропускают вниз по полой внутренней части буровой колонны 12, пока зонд 710 не окажется рядом с буровым наконечником. Зонд выполняет роль каротажного и/или измерительного инструмента при бурении, доставляя информацию на поверхность скважины. Изоляция провода 708 и внутри зонда являются компонентами, которые могут быть изготовлены из композиции, используемой в настоящем изобретении.

Применения композиции, используемой в настоящем изобретении, в качестве компонентов в коммуникационных кабелях являются всего лишь иллюстрациями применений, а не ограничениями использования этой композиции в скважинных кабелях. Предполагается, что более высокие скважинные рабочие температуры, придаваемые кабелю благодаря использованию этой композиции, приведут к новым конструкциям кабелей, включая конструкцию зондов, в которой композиция может быть использована в качестве одного или нескольких их компонентов.

В отношении полимерных ингредиентов, используемых для изготовления композиции, используемой в настоящем изобретении, и изготовления полимерного компонента изделий, описанных выше, PFA представляет собой сополимер тетрафторэтилена (TFE) и перфторированного алкилвинилового эфира (PAVE), в котором линейная или разветвленная группа содержит 1-5 атомов углерода. Предпочтительными мономерами PAVE являются те, в которых перфторалкильная группа содержит 1, 2, 3 или 4 атомов углерода, соответственно известные как перфторированный метилвиниловый эфир (PMVE), перфторированный этилвиниловый эфир (PEVE), перфторированный пропилвиниловый эфир (PPVE) и перфторированный бутилвиниловый эфир (PBVE). Сополимер может быть изготовлен, используя несколько PAVE мономеров, как, например, сополимер TFE/перфторированный метилвиниловый эфир, иногда называемый производителями MFA, но здесь упоминаемый как PFA. PFA может содержать примерно 1-15%(вес.) PAVE, однако, в случае PAVE содержание 2-5%(вес.), предпочтительно 3,0-4,8%(вес.), является наиболее распространенным содержанием PAVE в случае использования одного мономера PAVE для образования PFA, причем TFE образует оставшуюся часть сополимера. Если PAVE включает PMVE, композиция представляет собой примерно 0,5-13%(вес.) перфторированного метилвинилового эфира и примерно 0,5-3%(вес.) PPVE, остальное до 100%(вес.) составляет TFE. Предпочтительно, чтобы особенности и количество PAVE, присутствующее в PFA, было таким, чтобы температура плавления PFA была выше 300°C. PFA является фторопластом, а не фторэластомером. Как фторопласт, PFA является полукристаллическим, т.е. частично кристаллическим.

В дополнение к тому, что PFA пригоден для обработки в расплаве, он также может быть легко переработан в расплаве, т.е. PFA обладает достаточной текучестью в расплавленном состоянии, чтобы его можно было легко перерабатывать обработкой расплава, как, например экструзией, для производства изделий, имеющих достаточную прочность для их использования. Эта достаточная прочность может быть охарактеризована тем, что сам PFA демонстрирует прочность на перегиб (MIT Flex Life) не менее 1000 циклов, предпочтительно не менее 2000 циклов для пленок толщиной 8 мил (0,21 мм). В испытаниях прочности на перегиб пленку зажимают между тисками и сгибают вперед-назад в диапазоне 135°. В данном случае, то, что PFA не является ломким, говорит о его прочности. Скорость течения расплава (MFR) PFA (до проведения любой тепловой обработки) составляет предпочтительно не менее 0,1 г/10 мин, предпочтительно не менее 5 г/10 мин, и еще более предпочтительно не менее 7 г/10 мин, как измерено в соответствии с документами Американского общества по испытанию материалов D-1238 и Американского общества по испытанию материалов D 3307-93, при 372°C, используя 5-и килограммовую нагрузку на расплавленный PFA.

PFA может быть обработан фтором для получения стабильной концевой группы -CF₃ как наиболее преобладающей концевой группы и менее 50, предпочтительно менее 25, общего количества нестабильных концевых групп, особенно -CONH₂, -COF, -CH₂OH и -COOH на 10⁶ атомов углерода как наиболее распространенных концевых групп, получаемых в процессе водной эмульсионной полимеризации, используемом для изготовления PFA. Методы фторирования раскрыты в патенте США 4743658 (Imbalzano and Kerbow) и патенте США 6838545 (Chapman and Bidstrup). Согласно одному аспекту настоящего изобретения, PFA не обрабатывают фтором, при этом его концевые группы являются нестабильными концевыми группами, упомянутыми выше, являющимися результатом водной эмульсионной полимеризации, используемой для получения PFA.

В отношении политетрафторэтилена, используемого в настоящем изобретении, специалистам в данной области техники понятно, что когда PTFE раскрывают в литературе без каких-либо пояснений, то имеется в виду не текучий в расплаве PTFE, причем отсутствие текучести расплава является результатом чрезвычайно высокого молекулярного веса этого полимера. Политетрафторэтилен, используемый в настоящем изобретении, является текучим в расплаве благодаря низкому молекулярному весу данного полимера, и обозначается здесь и далее как LMW PTFE. В то время как этот низкомолекулярный вес придает полимеру текучесть в расплаве, LMW PTFE не пригоден для переработки в расплаве. Под выражением "не пригоден для переработки в расплаве" подразумевают то, что изделие, отлитое из расплава LMW PTFE, не пригодно к использованию из-за свой чрезвычайной хрупкости. Из-за своего низкого молекулярного веса (по отношению к не текучему в расплаве PTFE) LMW PTFE не обладает прочностью. Экструдированное из этого низкомолекулярного PTFE волокно настолько ломкое, что оно ломается при изгибании. В общем, пластинки, изготавливаемые компрессионным формованием, не могут быть изготовлены для испытания на растяжение низкомолекулярного политетрафторэтилена, используемого в настоящем изобретении. Пластинки растрескаются или раскрошатся при извлечении из пресс-формы, поэтому ни упругие свойства, ни прочность на перегиб не могут быть испытаны. По существу, этот полимер не обладает прочностью на разрыв (нулевая прочность на разрыв), и прочность на перегиб составляет ноль циклов.

LMW PTFE также может быть охарактеризован высокой кристалличностью, предпочтительно демонстрируя теплоту кристаллизации не менее 50 Дж/г.

В дополнение к характерной высокой кристалличности LMW PTFE и отсутствию прочности, предпочтительный LMW PTFE обладает текучестью расплава, т.е. LMW PTFE течет в расплавленном состоянии. Одним количественным параметром текучести расплава является скорость течения расплава (MFR) через отверстие при заданной температуре и под заданной нагрузкой на расплавленный полимер, используя прибор, как, например, пластометр, описанный в документе D 1238 Американского общества по испытанию материалов. Предпочтительный LMW PTFE имеет MFR не менее 0,01 г/10 мин, более предпочтительно не менее 5 г/10 мин, как измерено в соответствии с методом D 1238 Американского общества по испытанию материалов, при 372°C, используя 5-и килограммовую нагрузку на расплавленный полимер. LMW PTFE получают либо прямой полимеризацией в условиях, предотвращающих образование очень длинных полимерных цепей, либо деградацией PTFE под облучением, т.е. высокомолекулярного, не текучего в расплаве PTFE. В то время как LMW PTFE обладает низкомолекулярным весом, он тем не менее имеет достаточный молекулярный вес, чтобы находиться в твердом состоянии вплоть до высоких температур, например, имеет температуру плавления не ниже 300°C, более предпочтительно, не ниже 310°C, еще более предпочтительно, не ниже 320°C. Одним показателем такого достаточного молекулярного веса является то, что LMW PTFE образует вязкий расплав, таким образом, что когда определяют MFR полимера в соответствии с документом D 1238 Американского общества по испытанию материалов при 372°C, используя 5-и килограммовую нагрузку, MFR полимера составляет не более чем 100 г/10 мин, предпочтительно, не более чем 75 г/10 мин, еще более предпочтительно, не более чем 50 г/10 мин. Каждое из этих самых высоких значений MFR может быть скомбинировано с любым из самых низких значений MFR, упомянутых выше, с образованием диапазонов значений MFR, например, 0,01-50 г/10 мин, 0,01-75 г/10 мин, 5-100 г/10 мин и