光纤缆线
技术领域
本发明涉及一种光纤缆线，特别是用在钻孔中的、按照权利要求
1的前序部分的光纤缆线。所述光纤缆线以下也被称为有线缆线。
背景技术
定义：当以下使用如下概念，即，光、光辐射或者光信号时，因
此指的是在光学的光谱区域中、特别是从XUV（超紫外）直至FIR（远
红外）的电磁辐射。相应地，在本申请的范围内，光波导体应该用作
用于在光学的光谱区域中的电磁辐射的传输介质。
在石油井和天然气井中，为了传感的目的、以及也为了维修技术
的目的使用多功能的可移动的工具（“牵引机”）。这些工具通常地通过
已知的有线缆线构造来提供能量。直至今日构造的、带有在不锈钢管
中集成的光导体的有线缆线，在实际的用于分布的光纤传感装置的应
用中是不足够的，因为在缆线插入和引出时可能出现缆线和管的不同
的应变系数、以及在牵引机行驶时可能出现极限的纵向张力和扭力。
这可以导致局部的机械变形直到管的撕裂。同样已知备选的实施方式，
该实施方式没有包围光导体的、用于密封保护的管。在此提出的构造
虽然允许更高的应变。然而可能发生的是，在应用中存在纵向张力和
扭力时可能出现例如不可逆的应变，这些应变导致在传感纤维上的局
部的应力（局部的阻尼增加）。附加地，通过放弃包围光波导体的管使
这些光导体不再受到密封的保护，该管在该应用中在加速的老化效果
（氢腐蚀、在钻孔中从200℃至300℃或更高的高温）方面是不利的。
上面提到的两个变型方案具有如下缺点，即，在有线缆线的持久的运
行中，机械力（纵向张力和扭力）可能导致光波导体作为空间分布的
光纤传感器的传感特性的暂时或者持久局部地不同受损。这损害了用
于测量物理参量的纤维光学方法的校准和测量分辨率的质量。
在Wassink，Sandra，EX-期刊2011，第34-41页，“有线……”
中描述了有线技术（从38页起）在陆地上的石油输送和天然气输送时
的优点。通过“有线”应用使用如下技术装置，这些技术装置允许在
输送的同时在在钻孔的内部作为嵌入物的测量。
在WO2011/037974A2中描述了具有在钻孔的内部附加维修任务
的进一步发展的有线技术。驱动单元（牵引机）为了执行不同的任务
（维修、测量）在地下的钻孔中行驶，并且通过有线缆线实现电压供
应和数据传输。
牵引机和有线缆线永久地保留在钻孔中，并且在需要时牵引机可
以利用有线缆线再次返回到钻孔的起点。通过在有线缆线的内部使用
光纤，同时实现物理参量、例如温度的光学传感（测量）。
WO2011/037974A2与此相关涉及对有线缆线的扭转特性、缆线
重量和摩擦阻力的要求。为此，在该文献中描述了有线缆线的不同构
造的解决方案，这些解决方案应该与存在的有线缆线相比实现改善的
扭转特性（扭矩平衡）。
为了减少摩擦阻力描述了通过在有线缆线中附加的光滑的外套的
解决方案。这存在如下问题，即，薄的塑料外套的光滑的特性在何种
程度上在困难的环境条件下仍保持。同样存在外套可能磨损和/或裂开
的危险。
在US7，324，730B2中描述了在有线缆线应用中使用用于保护
光纤的不锈钢管是不适当的或者仅不充分地是适当的。由于在有线缆
线中在应用中可能出现的高的缆线应变，在不锈钢管中存在变形的风
险。在最坏的情况下，在不锈钢管内部的光纤同样被损坏。
作为改良，在US7，324，730B2中阐明了没有作为用于光纤直
接保护的金属的管的构造上的解决方案。利用这些解决方案将避免在
较高的缆线应变的情况下光纤的损害。
根据当前已知的情况，即使在按照WO2011/037974A2构造中也
没有示出附加的如下构造特征，这些构造特征在有线缆线的高的应变
时可以充分地保护不锈钢管防止变形或者损害。
因此，与局部变化地使用牵引机相联系地，不存在用于在有线缆
线应用时更安全地使用不锈钢管的适当的保护措施。因此值得期望的
是，通过带有在一个（例如由不锈钢制成的）管和至少一个集成的光
波导体的有线缆线的适当的构造，持久地能实现在上文提到的应用中
沿着缆线区段分布地光纤测量物理参量，并且使上文提到的缺点最小
化。
开头提到类型的光纤缆线由US2006/0120675A1已知。其中描述
的缆线包括带有处于其中的光导纤维的不锈钢管。此外，在管的外部
设有由芳族聚酰胺纤维制成的加强层并且在加强层的外部设有用于减
少摩擦的聚四氟乙烯层。
发明内容
本发明的任务在于，建立开头提到类型的光纤缆线，在所述光纤
缆线中减少集成的管的损害的风险。
按照本发明，这点通过开头提到类型的、具有权利要求1特征部
分的特征的光纤缆线来实现。从属权利要求涉及本发明优选的实施方
案。
按照权利要求1规定，所述光纤缆线包括分离器件，这些分离器
件可以有助于或者可以引起光纤缆线的各单个组成部分的机械解耦。
缆线的各单个组成部分相互机械解耦减少了集成的管的损害的风险，
特别是当分离器件可以有助于或者可以引起至少一个管与至少一个另
外的层机械解耦时，则尤其是这样。
例如规定，所述分离器件构成为至少一个薄膜，该薄膜径向地设
置在至少一个管和至少一个另外的层之间。
可以规定，所述至少一个另外的层构成为电导体或者也构成为加
强器件。这种加强器件可以承受张力并且例如包括纤维特别是芳族聚
酰胺纤维或者由纤维特别是芳族聚酰胺纤维组成。备选地，所述加强
器件可以构成为保护部分、特别是构成为交叉捻。
特别是当分离器件设置在至少一个管和加强器件之间时，管与加
强器件的由此引起的机械解耦非常有效地减少管损害的危险。
可以规定，所述分离器件包括两个薄膜，在这两个薄膜之间设置
有缆线的另外的层。在此，两个薄膜中的内部薄膜例如可间接地或者
直接地包围管，而在两个薄膜之间可设置有加强器件。按照这种方式
也可以实现管和加强器件与缆线的设置在两个薄膜中的外部薄膜的外
部的层或者部件的机械解耦。
例如存在如下可能性，即，所述两个薄膜中的外部薄膜由牵拉索
的部件包围，该牵拉索优选能够导电。按照这种方式一方面可以通过
缆线保证电压供应，其中，例如可以在管的外侧面上设置第二导体。
另一方面，所述两个薄膜的外部薄膜可以保证缆线的内部的各层与外
部的牵拉索机械解耦，该牵拉索同样地可以用于承受拉力。
附图说明
本发明的其他的特征和优点借助于优选的实施例参照附图的以下
描述而变得清楚。在图中：
图1示出按照本发明的光纤缆线的第一实施形式的示意性的横截
面图；
图2示出按照本发明的光纤缆线的第二实施形式的示意性的横截
面图；
图3示出按照本发明的光纤缆线的第三实施形式的示意性的横截
面图；
图4示出按照本发明的光纤缆线的第四实施形式的示意性的横截
面图；
图5示出按照本发明的光纤缆线的第五实施形式的示意性的横截
面图；
图6示出按照本发明的光纤缆线的第六实施形式的示意性的横截
面图；
图7示出按照本发明的光纤缆线的第七实施形式的示意性的横截
面图。
具体实施方式
在这些图中，相同的或功能上相同的部件或者组成部分设有相同
的附图标记。
在按照现有技术的有线缆线中，由于应变存在集成的不锈钢管的
损坏的危险。
本发明应该展示用于保护金属管（优选由不锈钢制成的、备选地
由镍合金、铝制成）的措施，从而密封地封闭的金属管的优点作为光
纤在“井下导线缆线应用”时的包套来实现。
与使用光纤用于通信目的不同，在纤维光学传感装置（例如DTS
——分布式温度传感）中存在对机械无应力的传感路径的特别的要求。
基于暂时的或局部的机械应力的时间上或空间上变化的附加阻尼可能
直接妨碍物理参量的测量，这可能需要测量系统的重新校准。
因此，光纤应该机械无应力地使用于传感装置（特别是DTS）。
使用光纤的可用性和可靠性提高并且故障率同样减少。在井下运
行时由于光纤失灵而引起的中断应该被避免。
作为第一种解决方法（图1到图4），带有光纤的井下有线缆线应
该被扩展以用于以金属包套（优选不锈钢管）来保护。
井下有线缆线的原有的机械特性应该在此保持。
在现有技术中使用带有集成光导体的金属管或者不锈钢管时的机
械负载（特别是纵向应变）是有问题的，与现有技术不同，按照本发
明提出适当的构造上的措施，这些措施使金属管或者不锈钢管尽可能
与机械负载通过本来的有线缆线来解耦。
在另一种解决方法（图5到图7）中，改变例如在于用“低模量
芳族聚酰胺”纤维来替换金属的张力减轻元件。
纵向应变通过更小的缆线重量和芳族聚酰胺的更小的弹性模量而
充分地减少，从而排除不锈钢管在张力负载下的变形。
在图1中示出的实施形式包括一个金属管1，该金属管优选由不
锈钢组成、备选地由镍合金或者铝或者铝合金组成。可以规定，管构
成为双层的、三层的或者多层的管。这种结构通常在比标准金属管机
械上更稳定并且是抗弯的以及耐压的。
在所示的实施例中，在管1中设置有的两个光导体2。完全存在
设有多个或者少于两个光导体2的可能性。此外，可以在管1的空腔
中设有附加的填充料、例如凝胶。
光导体2可以用于例如温度和/或压力和/或振动的光纤传感装置。
光导体2可以是单模纤维或者多模纤维，这些光导体为了提高机械的、
化学的和热的耐久力而可以配设有由例如丙烯酸盐、碳或者优选聚酰
亚胺制成的覆层。光导体2以过量长度处于管1中，其中，该过量长
度例如为长度的千分之一。
管1在外部配设有导体3，优选由铜制成的、备选由铝或者其它
良好导电的合金或者金属制成的导体。导体3构成为交织层、织物或
者薄膜带，并且用作用于光纤缆线电压供应的内导体。通过构成为交
织层（Umseilung）、织物或者薄膜带而产生作为用于管1的机械保护
的附加的缩紧作用。
备选于此地，可以在管1上设有导电的织物/编结物（优选由铜制
成的），并且附加地设有导电的层（优选由铜制成的）。
此外，第一种实施形式包括一个设置在导体3的外部的薄膜4作
为分离器件或者带。薄膜4优选由PTFE制成。薄膜4可以用作机械
解耦的分离器件或者分离层。
此外，在薄膜4的外部设有纵向延伸的纤维5，优选由芳族聚酰
胺制成的纤维，这些纤维用作用于管1的加强器件或者张力减轻元件。
可以设有双层的或者多层的、带有左捻和右捻的交织层来代替纤
维5。
一个另外的薄膜6设置在纤维5的或者双层的或者多层的、带有
左捻和右捻的交织层的外部。另外的薄膜6可以构造为带或者纵向延
伸的，并且优选由PTFE制成。另外的薄膜6同样地用作机械解耦的
分离器件或者分离层。
在薄膜6的外部设有一个绝缘体7、特别是高压绝缘体，该绝缘
体特别是由化学耐抗性的并且耐温的塑料制成，如例如由氟聚合物、
优选EPR（乙烯丙烯共聚物）或者ETFE（乙烯-四氟乙烯共聚物）制
成。
在绝缘体7的外部可选地设有纵向延伸的纤维8，优选由芳族聚
酰胺制成的纤维，这些纤维用作加强器件或者用作用于绝缘体7的附
加的张力减轻元件。备选地，可以设有双层或者多层的、具有左捻和
右捻的交织层。
同样可选地，可以在纵向延伸的纤维8的外部设有带9、优选由
金属薄膜制成的带，以用于保护绝缘体防止以下还要描述的牵拉索10
的内部层的伤害。
牵拉索10进一步在外部设置为双层的护层，该护层特别是具有带
有向左和向右延伸的部分10a，10b的异向捻。备选于此地，可以设有
在牵拉索10的异向捻中设有一种多层的实施方式。作为牵拉索10的
材料可以使用金属材料、优选G-GIPS或者GHS-GEIPS。通过使用
金属材料，牵拉索10可以用作反馈导体。
此外，在按照图2的实施形式中，在牵拉索10的外部设置有一个
带有光滑的表面的外套11，该外壳由化学耐抗性的以及耐温的塑料制
成，例如由氟聚合物、优选PEEK或者EFTE制成。
在以下前提下，即，实现对在井下孔的内的压力要求和有线缆线
的外径的要求，可以附加地挤出外壳。
通过薄膜4、6将内部的元件机械解耦，从而在弯曲和张力负载下
促进该内部元件的“滑动”。
在以下前提下，即，单层的、双层的或者多层的金属管的机械负
载在弹性区域中消逝（ablaufen），可期望光导体2没有其它的限制的
功能性。
图3示出一种带有金属管1的实施形式，在其内部如在第一和第
二实施例中那样地设有光导体2。与该第一实施例不同，按照图3的
实施形式规定，优选由芳族聚酰胺制成的、纵向延伸的、用作加强器
件的纤维5设置在管1的外侧上，并且实现用于管1的张力减轻元件
的功能。
在这里也可以备选地设有一个双层的或者多层的、具有左捻和右
捻的交织层。
在纤维5的外侧面上，在按照图3的实施例中设置有用作机械解
耦的分离器件或者分离层的薄膜4。
薄膜4由导体3包围，该导体特别是可以具有如与图1相联系地
描述的导体3相同的特性。
在按照图3的实施例中，在导体3的外部设置有一个另外的薄膜
6，该薄膜如第一实施例的薄膜6那样同样地可以用作机械解耦的分离
器件或者分离层。
此外，在按照图3的实施例中，在薄膜6的外部设置有绝缘体7。
可选地，如在第一实施例中，在绝缘体7的外部设有纵向延伸的、用
作加强器件的纤维8和带9。不过，在按照图3的实施例中，也可以
备选地或者附加地在绝缘体7的内侧面上设有类似的、纵向延伸的、
用作加强器件的纤维8。
如在第一实施例中那样，牵拉索10在外部连接到带9上。
在按照图4的实施形式中，如在按照图2的实施形式中，设有一
个外套11。
在以下前提下，即，实现对在井下孔的内的压力和有线缆线的外
径的要求，可以附加地挤出该外套11。
通过部件1和3至6的构造的结构将核心的元件机械解耦，从而
在弯曲和张力负载下促进这些核心元件的相互相对的“滑动”。
在以下前提下，即，特别是双层的管1的机械负载在塑性区域中
消逝，则能期望光导体2没有其它的限制的功能性。
图5示出一种具有金属管1的实施形式，在金属管内部如在第一
至第四实施例中那样设有光导体2。如在第一实施例中，在管1的外
侧面上设有导体3，该导体可以相当于第一实施例的导体3。
与第一实施例不同，按照图5的实施形式规定，在导体3的外侧
面上设有一个绝缘体7，该绝缘体可以相当于第一实施例中的绝缘体
7。
在该绝缘体7的外侧面上设置有附加的导体12，该导体同样地优
选由铜制成、备选地由铝或者其它良好的导电合金或者金属制成。导
体12构成为交织层、织物或者薄膜带，并且用作用于光纤缆线电压供
应的反馈导体。
此外，在附加的导体12的外部设有纵向延伸的纤维5，优选由芳
族聚酰胺制成的纤维，这些纤维用作加强器件或者用作张力减轻元件。
在纤维5的外部设置有一个用作带的薄膜6，该薄膜优选由PETP
组成。薄膜6可以用作分离器件或者机械解耦的分离层。
此外，按照图5的实施形式包括一个设置在薄膜6的外部的带有
光滑的表面的外套11，该外套由化学耐抗性的和耐温的塑料制成，例
如由氟聚合物、优选PEEK（聚醚醚酮）或者ETFE制成。
在图6中示出的实施形式包括一个金属管1，该管可以构成为如
第一实施形式的管，并且同样地具有一个或者多个在该管的内部的光
导体2。此外，可以在管1的空腔中设有附加的填充料、例如凝胶。
平行于管1延伸地设置有两个用作电的输出导体（Hinleiter）和
反馈导体的、带有导体绝缘体的导体13、优选由铜制成的导体。导体
绝缘体可以由化学耐抗性的和耐温度的塑料组成，例如由氟聚合物、
优选由EPR或者ETFE组成。
此外，设有一个绞合层14，该绞合层包围管1和两个电导体13。
此外，在绞合层14的外部设有纵向延伸的纤维5、优选由芳族聚酰胺
制成的纤维，这些纤维用作加强器件或者用作张力减轻元件。
可以设有双层的或者多层的、具有左捻和右捻的交织层来代替纤
维5。
在纤维5的外部设置有一个用作带的薄膜6，该薄膜优选由PETP
（聚对苯二甲酸类塑料）制成。薄膜6可以用作机械解耦的分离器件
或者分离层。
此外，按照图6的实施形式包括一个设置在薄膜6的外部的具有
光滑的表面的外套11，该外套由化学耐抗性的和耐温的塑料制成、例
如由氟聚合物、优选PEEK或者ETFE制成。
在图7中示出的实施形式包括一个金属管1，该金属管可以如第
一实施形式的管那样构成，并且同样地具有一个或者多个在该管的内
部的光导体2。此外，可以在管1的空腔中设有附加的填充料、例如
凝胶。
平行于管1延伸地设置两个用作电的输出导体和反馈导体的、带
有导体绝缘体的导体13、优选由铜制成的导体。导体绝缘体可以由化
学耐抗性的和耐温的塑料组成，例如由氟聚合物、优选由EPR或者
ETFE组成。
此外，设有平行于管1和导体13延伸的张力减轻元件15、优选
由GFK（玻璃纤维增强板材）制成的张力减轻元件。管1、导体13
和张力减轻元件15之间的间隙中存在设有填料的可能性。
此外，设有一个绞合层（Verseilung）14，该绞合层包围管1、两
个电导体13和张力减轻元件15。
此外，第七实施形式包括一个设置在绞合层14的外部的薄膜4
用于支承绞合带。薄膜4优选由PTFE（聚四氟乙烯）组成。薄膜4
也可以用作机械解耦的分离器件或者分离层。
此外，在薄膜4的外部设有纵向延伸的纤维5、优选由芳族聚酰
胺制成的纤维，这些纤维用作用于管1的加强元件或者张力减轻元件。
可以设有双层的或者多层的、带有左捻和右捻的交织层代替纤维
5。
另外的薄膜6设置在纤维5或者双层的带有左捻和右捻的交织层
的外部。另外的薄膜6可以构造为带或者纵向延伸地构造，并且优选
由PTFE组成。另外的薄膜6同样地可以用作机械解耦的分离器件或
者分离层。
此外，按照图7的实施形式包括一个设置在薄膜6的外部的带有
光滑的表面的外套11，该外套由化学耐抗性的和耐温的塑料制成，例
如由氟聚合物、优选PEEK或者ETFE制成。