NO/EP2622611
(12) Oversettelse av
(11) NO/EP 2622611 B1
europeisk patentskrift
(19)
NORGE
NO
(51) Int Cl.
H01B 7/04 (2006.01)
H01B 7/285 (2006.01)
Patentstyret
(21)
Oversettelse publisert
2015.04.13
(80)
Dato for Den Europeiske
Patentmyndighets
publisering av det meddelte
patentet
2014.11.12
(86)
Europeisk søknadsnr
10770620.2
(86)
Europeisk innleveringsdag
2010.09.30
(87)
Den europeiske søknadens
Publiseringsdato
2013.08.07
(84)
Utpekte stater
AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB
GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO
PL PT RO SE SI SK SM TR
(73)
Innehaver
Technip France, 6-8 Allée de l'Arche Faubourg de l'Arche - ZAC Danton, 92400
Courbevoie, FR-Frankrike
(72)
Oppfinner
WONG, Siu Kit Joe, 25 Parkside AvenueBenton, Newcastle Upon Tyne NE7 7NP,
GB-Storbritannia
DEIGHTON, Alan, 69 Aylesford Mews, Sunderland SR2 9HY, GB-Storbritannia
(74)
Fullmektig
Murgitroyd & Company, 165-169 Scotland Street, GB-G58PL GLASGOW,
Storbritannia
(54)
Benevnelse
(56)
Anførte
publikasjoner
Undervannsnavlestreng
WO-A2-2008/032019
GB-A- 830 182
NO/EP2622611
1
Undervannsnavlestreng
Oppfinnelsen angår en navlestreng for anvendelse i offshore-produksjonen av hydrokarboner,
og nærmere bestemt en navlestreng som omfatter elektriske kabler.
5
En navlestreng omfatter en gruppe av én eller flere typer langstrakte funksjonselementer, slik
som elektriske kabler, fiberoptiske kabler, eller slanger for fluidtransport av for eksempel
gass, vann eller kjemiske produkter slik som metanol. Funksjonselementene kan settes
sammen på en spiralformet eller S/Z-måte, og overmantles og/eller overarmeres for mekanisk
10
styrke og ballast.
Det er ønskelig at en enkelt navlestreng er i stand til å inneholde så mange
funksjonselementer som er påkrevet for en bestemt anvendelse, for eksempel som er
påkrevet for et bestemt oljefelt hvor navlestrengen er tiltenkt anvendelse. Navlestrenger
15
anvendes typisk til overføring av kraft, signaler og fluider (for eksempel til fluidinjeksjon,
hydraulisk kraft, gassutslipp osv.) til og fra en undervannsinstallasjon.
API-spesifikasjon 17E / ISO 13628-5 "Specification for Subsea Umbilicals" ("Spesifikasjon for
undervanns navlestrenger) tilveiebringer standarder for konstruksjon og fremstilling av slike
20
navlestrenger.
Undervanns navlestrenger installeres på økende vanndybder, vanligvis dypere enn 2000 m.
Slike navlestrenger må kunne motstå barke belastningstilstander i løpet av deres installasjon
og levetid.
25
De viktigste lastbærende komponenter som er i stand til å motstå aksialbelastningene som
skyldes navlestrengens bevegelser, er stålrør (se US6472614, WO93/17176 og GB2316990),
stålstenger (se US6472614), komposittstenger (se WO2005/124213) eller strekkarmeringslag
(se figur 1 i US6,472,614).
30
De andre elementene, dvs. de elektriske og optiske kabler, termoplastslangene, den ytre
polymermantel og de polymere fyllkomponenter bidrar ikke i vesentlig grad til navlestrengens
strekkstyrke.
35
Elektriske kabler som anvendes i undervanns navlestrenger faller i to atskilte kategorier kjent
som henholdsvis kraftkabler og signalkabler.
Kraftkabler anvendes for overføring av store elektriske kraftmengder (typisk noen MW) til
NO/EP2622611
2
kraftig undervannsutstyr, slik som pumper. Kraftkabler er vanligvis dimensjonert som
mellomspenningskabler for mellom 6 kV og 35 kV. En typisk kraftkabel er anskueliggjort i den
medfølgende figur 1. Fra innvendig til utvendig omfatter den en midtre kobberleder 2a,
halvledende og elektriske isolerende lag 2b, en metallfolieskjerm 2c og en ytre polymermantel
5
2d. Den midtre leder 2a har generelt en trådet konstruksjon og et stort tverrsnitt, typisk på
mellom 50 mm 2 og 400 mm2. Trefasekraft tilveiebringes ved hjelp av tre slike kabler som er
buntet sammen inne i navlestrengstrukturen.
Signalkabler anvendes generelt til overføring av signaler og mindre strømmengder (<1 kW) til
10
elektriske anordninger på havbunnen. Signalkabler er generelt dimensjonert for spenninger
mindre enn 3000V, og typisk mindre enn 1000V. Signalkabler består generelt av isolerte
ledere med lite tverrsnitt som er buntet sammen i par (2), firegrupper (4) eller, svært sjeldent,
et hvilket som helst annet antall, idet bunten overmantles ytterligere. Et eksempel på en
fireleders signalkabel er anskueliggjort i de medfølgende tegningers figur 2. Fire trådete
15
kobberledere 3a av mindre størrelse er overmantlet individuelt av polymerisolasjonslag 3b og
spiralbuntet sammen. Et polymerfyllmateriale 3c tilføyes for å fylle tomrommene i bunten og
for å oppnå en sylindrisk form. Denne anordningen omgis valgfritt av en elektromagnetisk
avskjerming 3g fremstilt av en omviklet kobber- eller aluminiumsfolie. En ytre polymermantel
3d beskytter kabelen mot mekanisk skade og vanninntrengning.
20
Et problem med kjente elektriske kabler er tilstedeværelsen og migrasjon av vann og gass
langs den elektriske kabelleder. Vann og gass kan trenge gjennom polymere mantler og
isolasjonslag og deretter migrere langs kabellederen til undervanns termineringer og
potensielt føre til for tidlig svikt. Gass kan også migrere til ovenbords koplingsbokser, hvilket
25
potensielt medfører fare dersom den ikke avluftes.
Især kan det oppstå hydrogendannelse der hvor det finnes komponenter som omfatter sink
inne i navlestrengen, for eksempel sinkbelagte stålarmeringer. Dersom det dannes hydrogen
inne i navlestrengen, vil hydrogengassen forsøke å finne en vei ut av navlestrengen. Noen
30
ganger finner den en vei gjennom navlestrengens ytre mantel. Det har imidlertid blitt
observert at hydrogenet kan trenge gjennom den elektriske kabels ytre mantel og
isolasjonslag for å nå de elektriske ledere, og deretter spre seg langs lederne mot
navlestrengens ende. Ved enden av navlestrengen kan hydrogenet typisk bli oppdemmet og
kan begynne å danne trykk (dersom termineringen ikke avluftes). Dette kan føre til en
35
eksplosjon og/eller tap av elektrisk isolasjon (kortslutning).
I WO2008/032019 beskrives tilføying av et rørformet metallisk lag mellom isolasjonslaget og
de elektriske kablers ytre mantel for å hindre vann- og gassgjennomtrenging. Stor presisjon er
NO/EP2622611
3
imidlertid påkrevet for å implementere en slik rørformet metallskjerm, som både må være
tilstrekkelig ugjennomtrengelig for hydrogen (små molekyler) og fleksibel nok til å motstå
bøyebelastninger.
5
I WO2008/032019 beskrives også fylling av tomrommene/mellomrommene mellom lederens
strenger med et hydrogenabsorberende materiale. Dette har imidlertid et problem knyttet til
levetid: når dette materialet har reagert fullstendig med hydrogen, virker beskyttelsen ikke
mer, selv om den kan anvendes i kombinasjon med den rørformede metallskjermen til å
redusere så mye som mulig den mengden av hydrogen som skal nøytraliseres.
10
I WO2009/064559 beskrives overvåkning av hydrogenmigrasjonen langs kablene og
avlastning av trykk når det når en forutbestemt mengde (side 3, enden av § [0005]). Dette er
imidlertid ikke helt pålitelig, og det er vanskelig å implementere på undervanns termineringer.
15
I US7285726 beskrives en undervanns kraftkabel som omfatter en trådet kobberleder.
Tomrommene mellom strengene er fylt med en hydrofobisk vannblokkerende forbindelse for å
forhindre langsgående vanngjennomtrengning og for å lette reparasjon (spalte 3, linje 20-23).
Dette kan imidlertid føre til produksjonsproblemer, da geléforbindelsen kan gasse ut under
isolasjonsekstrusjonsprosessen.
20
Ett formål ifølge den foreliggende oppfinnelse er å minimere eller overvinne disse
problemene.
Ifølge den foreliggende oppfinnelse tilveiebringes det en navlestreng ifølge krav 1 til
25
anvendelse i offshore-produksjonen av hydrokarboner, idet navlestrengen omfatter i det
minste én elektrisk kabel, idet den elektriske kabel omfatter i det minste én elektrisk leder, og
i det minste én elektrisk leder som omfatter en flerhet av elektriske strenger som har
mellomrom, hvor mellomrommene er fylt med et metallbasert materiale.
30
På denne måte tilveiebringes det en navlestreng med en "tomromfri" eller fullstendig
mellomromfylt lederkonstruksjon som derfor forhindrer migrasjon eller transport av vann eller
gass langs en slik leder, nærmere bestemt inn i en undervanns konnektor eller en ovenbords
koplingsboks.
35
Navlestrenger for anvendelse i offshore-produksjonen av hydrokarboner omfatter generelt en
flerhet av funksjonselementer som inneholdes inne i en ytre mantel. I den foreliggende
oppfinnelse er i det minste ett av funksjonselementene en elektrisk kabel. Elektriske kabler
kan anvendes til overføringen av kraft eller signaler eller begge, og kan kategoriseres inn i å
NO/EP2622611
4
ha en høy, middels eller lav effekt, især når det er en kraftkabel.
Den elektriske kabelen i navlestrengen ifølge den foreliggende oppfinnelse, omfatter i det
minste én elektrisk leder. Den elektriske leder eller hver elektriske leder er en trådet elektrisk
5
leder som omfatter en flerhet av elektriske strenger, generelt i form av en "bunt". I den
foreliggende anvendelse har uttrykkene "streng" og "tråd" den samme betydning, idet en
trådet leder er en sammenstilling av tråder eller strenger som er tvunnet sammen. En
elektrisk trådet leder kan omfatte en flerhet av elektriske strenger av forskjellig størrelse,
utforminger, materiale, form osv., men alminneligvis er det ønskelig å anvende et antall
10
likedanne strenger ved tildanning av en elektrisk leder.
Fremgangsmåter for sammenstilling eller på annen måte sammenføring av et antall elektrisk
strenger, er velkjente innenfor teknikken, og innbefatter å tildanne dem på en spiralformet
måte eller en S/Z-måte. Slike fremgangsmåter drøftes ikke ytterligere heri.
15
I sammenføringen av slike strenger tildannes det mellomrom mellom strengenes
sammenstøtende ytterflater. På den annen måte definerer de elektriske strengers
motstøtende ytterflater mellomrommene. Mellomrommenes antall, art, utforming, størrelse
eller anordning kan variere etter de elektriske strengenes antall, art, utforming, størrelse eller
20
anordning.
De elektriske strenger kan tildannes av et hvilket som helst passende materiale som generelt
er kobber, valgfritt ett eller flere øvrige metaller, slik som aluminium, og valgfritt en
kombinasjon av metaller, herunder legeringer.
25
Det foretrekkes at det metallbaserte materiale er det samme materiale som de elektriske
strengers ytterflate.
Ifølge én utførelsesform av den foreliggende oppfinnelse er de elektriske strenger
30
metallbelagte metalltråder. Metallbelegg påføres alminneligvis på overflaten av individuelle
trådstrenger og elektriske ledere av ulike hensikter, herunder for å forbedre loddbarhet og
redusere oksidasjon (korrosjon). Noen av de mest alminnelige beleggingsmaterialer som
anvendes med kobberledere, er tinn, sølv, sink, kadmium og nikkel, især tinn. Tinn er det
mest alminnelige beleggingsmaterialet. Metalltrådene kan belegges med mer enn ett
35
beleggsjikt og/eller mer enn ett metall, herunder legeringer.
Ifølge en annen utførelsesform av den foreliggende oppfinnelse er de elektriske strenger
således tinnbelagte kobbertråder eller tinnbelagte aluminiumstråder.
NO/EP2622611
5
Ledere belagt med tinn betegnes noen ganger "fortinnete" eller ganske enkelt "tinnbelagte"
ledere. Tinn forhindrer effektivt oksidasjon ved temperaturer på opptil 150°C.
Fremgangsmåter for belegging av metalltråder er velkjente innenfor teknikken, herunder
varmdypping og elektroplettering. Belegget er generelt relativt tynt sammenlignet med resten
5
av metalltråden.
Ifølge en annen utførelsesform av den foreliggende oppfinnelse er det metallbaserte
materiale det samme materiale som belegget til metalltrådene som tildanner slike elektriske
strenger.
10
Det metallbaserte materiale kan være et hvilket som helst egnet enkeltmetall, en hvilken som
helst kombinasjon av metaller eller legeringer, herunder, men ikke begrenset til, kobber, tinn,
aluminium, kobber + tinn, aluminium + tinn osv.
15
Ifølge én bestemt utførelsesform av den foreliggende oppfinnelse er de elektriske strenger
tinnbelagte kobbertråder, og det metallbaserte materiale er tinn.
Anbringelsen av det metallbaserte materiale i mellomrommene mellom de elektriske strenger
kan utføres ved hjelp av et antall fremgangsmåter. Dette innbefatter å la de elektriske
20
strenger passere gjennom et bad, fortrinnsvis et smeltebad av det metallbaserte materiale,
hvilket drøftes mer detaljert heri i det følgende. Dette innbefatter også anbringelse av det
metallbaserte materiale inne i de elektriske strenger idet de føres sammen for å tildanne den
elektriske leder. Dette innbefatter også trykkfylling av mellomrommene med det metallbaserte
materiale, valgfritt med anvendt varme.
25
Ifølge en annen utførelsesform av den foreliggende oppfinnelse har de elektriske strenger
også ikke-interstitiale flater, og de ikke-interstitiale flater er belagte med det metallbaserte
materiale. Det vil si de av de elektriske strengers flater som ikke tildanner mellomrommene,
idet de generelt er de elektriske strengers utadvendende flater når strengene er sammenstilt
30
for å tildanne lederen.
Det foretrekkes at den elektriske leder i navlestrengen ifølge den foreliggende oppfinnelse er
en sammensmeltet bunt, hvor det metallbaserte materiale er smeltet sammen med
metallmaterialet i metalltrådenes metallbelegg. Sammensmeltingen kan være en del av eller
35
måten for å fylle mellomrommene med det metallbaserte materiale, valgfritt støttet av én eller
flere førbindings- eller etterbindingsprosesser.
Ifølge en bestemt utførelsesform ifølge den foreliggende oppfinnelse er eller har den
NO/EP2622611
6
elektriske leder den samme form som en TASC-leder (forkortelse for "Tin Over Coated
Tinned Annealed Stranded Copper Wire conductor"). Slike belagte ledere fremstilles ut fra
fortinnede kobberstrenger som er tvunnet sammen før de las passere gjennom et smeltebad
av tinn. Tinnet fra smeltebadet smelter og smelter sammen med de individuelle strengenes
5
tinnbelegg, idet mellomrommene mellom strengene således fylles.
TASC-ledere er kjente innenfor den elektroniske industri for automatiserte hurtige
termineringer til kretskort ved hjelp av trykksveising. Så vidt oppfinnerne er kjent med, har
slike ledere imidlertid aldri blitt anvendt i undervanns navlestrenger.
10
Ifølge en annen utførelsesform av den foreliggende oppfinnelse omfatter den elektroniske
leder videre et ytre isolasjonslag for å tilveiebringe isolasjon av eller til lederen, valgfritt etter
sammenpressing av den mellomromfylte elektriske leder.
15
Ifølge den foreliggende oppfinnelse tilveiebringes det videre en fremgangsmåte ifølge krav
11.
Tildanningen av en elektrisk leder ved å føre sammen eller på annen måte sammenstille
elektriske strenger, er velkjent innenfor teknikken, og er også kjent for å tildanne eller på
20
annen måte definere mellomrommene mellom de elektriske strengers anleggsflater.
Mellomrommene er fylt med et metallbasert materiale. Fyllingen kan utføres under
anvendelse av et antall fremgangsmåter som er kjent innenfor teknikken, idet de generelt
involverer oppvarmingen av enten de elektriske strenger, det metallbaserte materiale eller
25
begge, for på den måte å øke sammensmeltingen og/eller infusjonen av det metallbaserte
materiale inn i mellomrommene.
Trinn (a) og trinn (b) kan finne sted samtidig eller i sekvens. Eksempelvis kan det
metallbaserte materiale tilveiebringes til de elektriske strenger idet de er i ferd med å trådes i
30
trinn (a), valgfritt under anvendelse av varme for å bistå i sammensmeltingen av det
metallbaserte materiale med de elektriske strengers ytterflater for fullstendig å fylle
mellomrommene mellom tildannet mellom de elektriske strenger.
Ifølge én utførelsesform ifølge den foreliggende oppfinnelse omfatter fylletrinnet (b) å la de
35
elektriske strenger passere gjennom et bad av det metallbaserte materiale, mer foretrukket et
smeltebad.
Alternativt fylles mellomrommene i en forhåndsbundet fremgangsmåte, hvor de elektriske
NO/EP2622611
7
strenger varmes opp til deres ytterflaters smeltepunkt forut for, under og/eller etter at de er
trådet, idet ytterflatene på effektiv måte loddes sammen sammenhengende i lengderetningen.
Det foretrekkes at fremgangsmåten ifølge den foreliggende oppfinnelse innbefatter å smelte
5
de elektriske strengers ytterflater, fortrinnsvis med et metallbasert materiale i løpet av trinn
(b), slik at materialet til de elektriske strengers ytterflater flyter inn i mellomrommene og
mellomrommene fylles fullstendig. Der hvor de elektriske strengene har et metallbelegg, slik
som tinn, og der hvor det metallbaserte materiale av det samme materiale, slik som tinn, er
strømmen av metallbasert materiale rundt og inn i den elektriske leder for å fylle opp
10
beleggmaterialet idet mellomrommene fylles, en enkelt fremstillingsprosess som fører til den
fullstendige fylling av mellomrommene, slik at de da blir frie for tomrom.
Valgfritt omfatter fremgangsmåten ifølge den foreliggende oppfinnelse videre å
sammenpresse den elektriske leder ifølge trinn (b), generelt forut for trinn (c).
15
Videre omfatter fremgangsmåten ifølge den foreliggende oppfinnelse valgfritt ytterligere å
tilføye et isolasjonslag rundt den elektriske leder ifølge trinn (b). Det foretrekkes at
isolasjonslaget tilføyes under anvendelse av trykkekstrudering for å unngå eller ellers
minimere dannelsen av eventuelle tomrom ved grenseflaten mellom den elektriske leder og
20
isolasjonslaget.
Foretrukne utførelsesformer ifølge den foreliggende oppfinnelse vil nå bli beskrevet kun som
eksempel og under henvisning til de vedlagte figurer, hvor:Figur 1 er et perspektivisk tverrsnitt av en første kraftkabel ifølge den kjente teknikk for
25
anvendelse i en undervanns navlestreng;
Figur 2 er et perspektivisk tverrsnitt av en andre signalkabel ifølge den kjente teknikk for
anvendelse i en undervanns navlestreng;
Figur 3 er et tverrsnitt av en elektrisk leder med henblikk på anvendelse i en navlestreng
ifølge en første utførelsesform av den foreliggende oppfinnelse;
30
Figur 4 er et tverrsnitt av den elektriske leder i figur 3 etter fylling av mellomrommene;
Figur 5 er et tverrsnitt av en elektrisk leder i figur 4 etter tilveiebringelse av et ytre
isolasjonslag rundt den elektriske leder; og
Figur 6 er et tverrsnitt av en undervanns navlestreng ifølge en utførelsesform av den
foreliggende oppfinnelse.
35
Idet det vises til tegningene, viser figur 1 og 2 henholdsvis en typisk kraftkabel ifølge den
kjente teknikk og en typisk signalkabel ifølge den kjente teknikk som allerede beskrevet heri,
idet de har henholdsvis enten en sentral kobberleder 2a eller fire individuelt mantlede
NO/EP2622611
8
kobberledere 3a.
Figur 3 viser et tverrsnitt av en elektrisk leder 4 som omfatter sju elektriske strenger 6. Hver
elektriske streng 6 omfatter en kjerne 12 som generelt er tildannet av kobber eller muligvis
5
aluminium, omgitt av et ringformet individuelt belegg av et metallmateriale 10, som generelt er
tinn.
De relative dimensjoner av belegget 10 og kjernen 12, vist i figur 3, er kun ment å være av
illustrerende natur og ikke begrensende. Eksempelvis er kjernen 12's diameter typisk på
10
mellom 0,5 mm og 5 mm avhengig av lederens type, art, tverrsnitt osv. (før et hvilket som
helst isolasjonslag).
I dette henseende omfatter signalkabelledere og lavspenningsledere generelt sju strenger,
idet hver strengs kjernediameter typisk er på mellom 0,67 mm og 2,14 mm, for å gi et leder-
15
tverrsnitt på mellom 2,5 mm 2 and 25 mm 2.
Kraftkabelledere omfatter imidlertid generelt flere strenger, slik som mellom nitten og sekstien
strenger, avhengig av deres tverrsnitt, idet hver strengs kjernediameter typisk er på mellom
1,78 mm og 3,14 mm, for å gi et leder-tverrsnitt på mellom 50 mm 2 og 400 mm 2.
20
Tykkelsen på en strengs metallbelegg, slik som belegget 10 i figur 3, rundt hver streng, er
typisk på mellom 0,5 og 10 mikrometer, fortrinnsvis på mellom 1 og 2,5 mikrometer.
Sammenstillingen av de elektriske strenger 6 skaper seks mellomrom 14 mellom de elektriske
25
strenger 6's anliggende flater eller deler. Disse mellomrommene er tomrom i lederen, langs
hvilke vann og gass (som kan komme inn i lederen ved å trenge gjennom eventuelle ytre
mantler og isolasjonslag) kan migrere langs lederen til undervanns termineringer og potensielt
føre til for tidlig svikt av den elektriske kabel og navlestrengen. Videre tilveiebringer
tomrommene enkel migrasjon av eventuell dannet gass eller passasje inn i lederen.
30
Ifølge én fremgangsmåte ifølge den foreliggende oppfinnelse, og nærmende seg figur 4, kan
den i figur 3 viste elektriske leder 4 passeres gjennom et bad av smeltet metallbasert
materiale, slik som tinn, med det resultat at tinnet fra smeltebadet anbringes rundt utsiden av
de elektriske strenger 6. Basert på smeltebadets økte temperatur, og valgfritt en hvilken som
35
helst forhåndsvarming av den elektriske leder 4, smelter tinnet fra smeltebadet og smelter
sammen med tinnbeleggene 10, som deretter strømmer innad for å fylle mellomrommene 14
mellom de elektriske strenger 6. Dette tilveiebringer fylte mellomrom 15, med den i figur 4
viste, resulterende elektriske leder 18 som en nå sammensmeltet bunt av elektriske strenger.
NO/EP2622611
9
Figur 4 viser også tinn fra smeltebad tilveiebringende et belegg 16 rundt de elektriske
strenger 6's ytre eller ikke-interstitiale flater, dvs. rundt de elektriske strenger 6's utside. På
denne måte overdekkes alt av den fylte elektriske leder 18 med tinn.
5
Tykkelsen på en leders belegg, slik som det i figur 4 viste belegg 16, er typisk på mellom 0,5
og 200 mikrometer, fortrinnsvis på mellom 1 og 10 mikrometer.
Valgfritt sammenpresses den i figur 4 viste fylte elektriske leder 18 etter anbringelsen av
tinnbelegget 16. Videre valgfritt, glattes den elektriske leder for å tilveiebringe en glatt ytre
10
lederform.
Figur 5 viser den fylte elektriske leder 18 i figur 4, tilveiebrakt med et isolasjonslag 20 for å
danne en isolert elektrisk leder 22. Det foretrekkes at isolasjonen 20 er tilveiebrakt i en
trykkekstruderingsprosess for å minimere, fortrinnsvis unngå, dannelsen av eventuelle
15
tomrom ved grenseflaten mellom den elektriske leder 18 og isolasjonslaget 20, og for å
tilveiebringe en glatt ytterflate, nærmere bestemt en "rundet" leder som enkelt kan anvendes i
en ytterligere fremstillingsprosess.
Den isolerte elektriske leder 22 i figur 5, og valgfritt den elektriske leder 18 i figur 4, er nå klar
20
til anvendelse i tildanning av en elektrisk kabel for en navlestreng med henblikk på
anvendelse i offshore-produksjonen av hydrokarboner. En slik kabel kan omfatte et antall
atskilte elektriske leder, slik som vist i figur 2, valgfritt individuelt mantlet, eller som en
enkeltkjernekabel, som vist i figur 1. Navlestrengen kan omfatte én eller flere slike kabler, idet
de er de samme eller forskjellige, valgfritt med én eller flere øvrige elektriske kabler, og
25
generelt med ett eller flere funksjonselementer som beskrevet heri tidligere.
Figur 6 viser en navlestreng 28 ifølge den foreliggende oppfinnelse, idet navlestrengen
omfatter elektriske kabler som er kraftkabler 35 som har en kraftleder 36, og signalkabler 37
som har signalledere 38, stålrør 30, fiberoptiske kabler 31, stål- eller komposittstenger 32 og
30
polymere fyllmaterialer 33, buntet sammen og overmantlet av en ytre polymermantel 34.
Ifølge den foreliggende oppfinnelse omfatter i det minste én av lederne 36, 38 til i det minste
én av de elektriske kabler 35, 37 en flerhet av elektriske strenger som har mellomrom som er
fylt med et metallbasert materiale.
35
Eksempelvis ifølge et første eksempel av oppfinnelsen, er alle de trådete ledere 36,38 av alle
navlestrengens elektriske kabler 35,37, TASC-ledere.
NO/EP2622611
10
Ifølge et andre eksempel av oppfinnelsen har kun signalkablene 37 TASC-ledere 38. I
alminnelighet er kraftkabler 35 generelt bedre beskyttet enn signalkabler 37 mot vann- og
gassgjennomtrengning på grunn av deres tykkere isolasjonslag og elektrostatiske
metallfolieskjerm.
5
Ifølge et tredje eksempel av oppfinnelsen har kun kraftkablene 35 TASC-ledere 36.
Ifølge et fjerde eksempel av oppfinnelsen omfatter i det minste én av strømkablene 35's
trådete leder 36 aluminiumsstrenger eller aluminiummatrisekomposittstrenger som har
10
mellomrom, idet mellomrommene er fylt med et metallbasert materiale, slik som for eksempel
tinn. Eksempler på egnede aluminiumsmatrisekompositter er beskrevet i US6180232. Ved å
skifte kobberstrenger ut med aluminiumsstrenger og/eller
aluminiumsmatrisekomposittstrenger, reduseres i betydelig grad den hengende vekten til
dypvanns kraftnavlestrenger.
15
Formålet med den foreliggende oppfinnelse er å anvende en leder uten noen tomrom til en
kabel med en undervanns navlestreng. Tomrom i en leder tillater vann og gass å komme inn i
lederen ved å trenge gjennom kablenes polymere ytre mantel og isolasjonslag. Vann og gass
kan deretter migrere langs lederen til undervanns termineringer og potensielt forårsake for
20
tidlig svikt. Gass kan også migrere til ovenbords koplingsbokser, hvilket potensielt medfører
fare dersom den ikke avluftes. Ideelt sett vil det anvendes en massiv leder for på den måte å
eliminere tomrom i lederen. En massiv leder har imidlertid dårlig fleksibilitet og vil være utsatt
for utmattelsesskade under navlestrengsinstallasjon og for dynamiske navlestrenger i bruk.
25
I US7285726 beskrives en undervanns kraftkabel som har en leder bestående av trådete
kobbertråder, hvor mellomrommene i lederen er fylt med en hydrofobisk vannblokkerende
forbindelse. Selv om dette ville kunne eliminere slike mellomrom, er den ikke enkel å påføre
på ledere med små trådstørrelser og således små tomrom, som i alminnelighet anvendes i
undervanns navlestrenger. Videre kan vannblokkerende forbindelser slik som geléer, føre til
30
fremstillingsproblemer da de kan gasse ut under tilføying av isolasjon rundt lederen.
I den foreliggende oppfinnelse fylles mellomrommene som dannes mellom de elektriske
strenger idet de sammenstilles, med et metallbasert materiale som er enklere å tilføye, især til
små trådstørrelser (som for eksempel har en diameter på <1 mm), og fører ikke til noen
35
påfølgende fremstillingsproblemer.
Videre, i tilfelle av at en kabel blir skadet under vann og skjæres med henblikk på en
reparasjon, forhindres vann fra å strømme mellom lederstrengene i kabelens lengderetning,
NO/EP2622611
11
noe som potensielt kunne korrodere kobbertrådene.
Tallrike endringer og variasjoner i de beskrevne utførelsesformer ifølge oppfinnelsene vil
være innlysende for fagmannen uten at det avvikes fra oppfinnelsens omfang som definert i
5
de medfølgende krav. Selv om oppfinnelsen har blitt beskrevet i forbindelse med spesifikke
foretrukne utførelsesformer, er det klart at oppfinnelsen som definert i kravene, ikke på
urimelig vis skal være begrenset til slike spesifikke utførelsesformer.
NO/EP2622611
12
Patentkrav
1.
Navlestreng (28) for anvendelse i offshore-produksjonen av hydrokarboner, idet
navlestrengen omfatter i det minst én elektrisk kabel (35, 37), idet den elektriske kabel
5
omfatter i det minste én elektrisk leder (36, 38, 18, 4), og i det minste én elektrisk leder
som omfatter en flerhet av elektriske strenger (6) som har mellomrom (14),
kjennetegnet ved at mellomrommene er fylt (15) med et metallbasert materiale.
2.
10
Navlestreng ifølge krav 1, hvor det metallbaserte materiale er det samme materiale som
de elektriske strengers (6) ytterflate.
3.
Navlestreng ifølge krav 1 eller krav 2, hvor de elektriske strenger (6) er metallbelagte
metalltråder (10, 12).
15
4.
Navlestreng ifølge krav 3, hvor de elektriske strenger (6) er tinnbelagte kobbertråder
eller tinnbelagte aluminiumstråder.
5.
Navlestreng ifølge krav 3 eller krav 4, hvor det metallbaserte materiale er det samme
materiale som de elektriske strengers (6) metallbelegg (10).
20
6.
Navlestreng ifølge et hvilket som helst av kravene 3 til 5, hvor det metallbaserte
materiale er smeltet sammen med metalltrådenes (12) metallbelegg (10).
7.
25
Navlestreng ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, hvor det metallbaserte
materiale er tinn.
8.
Navlestreng ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, hvor den elektriske leder
er en TASC-leder (38).
30
9.
Navlestreng ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, hvor de elektriske
strenger (6) også har ikke-interstititale overflater, og de ikke-interstitiale overflater er
belagte (16) med det metallbaserte materiale.
10.
35
Navlestreng ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, hvor den elektriske leder
(4) ytterligere omfatter et ytre isolasjonslag (20).
11.
Fremgangsmåte for å danne en navlestreng (28) ifølge et hvilket som helst av kravene
1 til 10, som i det minste omfatter trinnene av:
NO/EP2622611
13
(a)
å føre sammen elektriske strenger (6) for å danne en elektrisk leder (4) og
mellomrommene (14) derimellom;
(b)
å fylle mellomrommene med et materiale, hvilket resulterer i en fylt elektrisk leder
(18); og
5
(c)
å fremstille navlestrengen under anvendelse av den fylte elektriske leder (18)
ifølge trinn (b);
kjennetegnet ved at mellomrommene er fylt (15) med et metallbasert materiale.
12.
10
Fremgangsmåte ifølge krav 11, hvor trinn (a) og trinn (b) finner sted samtidig eller i
sekvens.
13.
Fremgangsmåte ifølge krav 11 eller krav 12, hvor fyllingen i trinn (b) omfatter å føre de
elektriske strenger (6) gjennom et bad av det metallbaserte materiale.
15
14.
Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 11 til 13, hvilken fremgangsmåte
omfatter å smelte de elektriske strengers (6) ytterflater med det metallbaserte materiale
i løpet av trinn (b).
15.
20
Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 11-14, som ytterligere omfatter å
sammenpresse den elektriske leder ifølge trinn (b).
16.
Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 11-15, hvor den elektriske leder
ifølge trinn (b) er en TASC-leder (38).
25
17.
Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 11-16, som ytterligere omfatter å
tilføye et isolasjonslag (20) rundt den elektriske leder (4) ifølge trinn (b).
18.
Fremgangsmåte ifølge krav 17, som omfatter å trykkekstrudere et isolasjonslag (20)
rundt den elektriske leder (4) ifølge trinn (b).
MURG * 118013
NO/EP2622611
1/3
Fig. 1
(Kjent teknikk)
Fig. 2
(Kjent teknikk)
NO/EP2622611
2/3
Fig. 3
Fig. 4
Fig. 5
NO/EP2622611
3/3
Fig. 6