IT8322541A1 - Tubo ermeticamente chiuso incorporante una fibra ottica e circondato da un cavo armato - Google Patents

Description

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo: "'Tubo ermeticamente chiuso incorporante una fibra ottica e circondato da un cavo armato"

RIASSUNTO

L'invenzione riguarda un tubo ermeticamente chiuso incorporante una fibra ottica e un cavo armato contenente detto tubo ermeticamente chiuso. Il cavo ottico armato ri? sponde con minimo allungamento anelastico alla tensione a stemperature elevante ed ? capace di resistere a condizioni ambientali estremamente severe.

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce alle fibre ottiche al cavi armati. Pi? specificamente, l'invenzione riguarda i tubi ermeticamente chiusi contenenti fibre ottiche e i cavi armati contenenti fibre ottiche.

I cavi elettromeccanici convenzionali per applicazioni quali la registrazione delle misurazioni dopo il sondaggio di pozzi petroliferi, includono dei conduttori metallici isolati per la trasmissione di segnali elettrici. Tali cavi hanno larghezze-di banda di trasmissione dei segnali che sono limitate a circa 100KHz per lunghezze corrispondenti alle profondit? tipiche dei pozzi di petrolio: da 12.000 a 20.000 piedi (da 3657,6 a 6096 metri Gran parte dell'informazione che si pu? ottenere con i moderni mezzi di registrazione, non ? ricuperabile dal basso del foro di sondaggio, data la ristretta larghezza di banda dei segnali che caratterizza gli attuali cavi convenzionali di registrazione. Esiste pertanto la necessit? di provvedere cavi dotati di larghezze di banda di trasmissione dei segnali sostanzialmente pi? ampie, vale a dire, capacit? pi? elevata, e/o maggiori velocit? di trasmissione su lunghe tratte di cavo senza ripetitori. Le fibre ottiche possono fornire larghezze di banda di trasmissione dei segnali di circa 1.00 MHz su lunghezze fino a circa 30.000 piedi (9144 m) Ci? corrispond a circe tre ordini di grandezza in pi? rispetto a fili isolati usati nei cavi convenzionali per applicazioni in condizioni ambientali estremamente severe quali quelle in cui si effettuano le registrazioni nei fori di sondaggio.

Le fibre ottiche di vetro hanno due caratteristiche che ne rendono difficile l'incorporamento con successo nei cavi soggetti a deformazione estinati ad essere tesi quando usati,o destinati all'impiego sott'acqua, particolarmente in presenza di alta pressione e/o alta temperatura come si ha nei fori di trivellazione dei pozzi petroliferi. Tali caratteristiche sono: la degradazione de fatica statica e la perdita per micropiegature.

Le fibre di vetro di silice presentano piccole screpolature (microscrepolature) alle loro superfici. La profondit? di queste microcricche pu? aumentare per. effetto di una reazione chimica, accelerata per sollecitazione, fra il vetro di silice e l'umidit? cosiddetta fatica statica.

La resistenza a trazione della fibra di vetro, diminuisce sostanzialmente in rapporto all aumento in profondit? delle microcricche . Il vetro ? un materiale elastico con elevato modulo di Young. La deformazione in una fibra ottica di vetro genera sollecitazione di trazione e si traduce in fatica statica. Perci?, le fibre ottiche di vetro non sono adatte per l'impiego in condizioni di forte deformazione (>0.5%), in presenza di umidit?, per lunghi periodi di tempo. Nessuna etica pu? fornire una protezione adeguata giacch? l?acqua si diffonde in certa misura ?ttraverso tutte lematerie plastiche Piccole piegature nella fibra ottica, danno luogo a perdita di luce (perdite per microplegatura), come descritto in appresso. Le fibre ottiche trasmettono segnali luminosi in base al principio della riflessione interna totale. Ci? dipende principalmente dalla condizione che i raggi di luce vengano totalmente riflessi indietro, nella zona del nucleo, ogni volta che essi urtano l'interfaccia nucleo/ rivestimento della fibre ottica. La riflessione interna totale pu? soltanto avvenire quando l'angolo di incidenza fra i raggie detta interfaccia sia inferiore ad un certo valore critico. La piegatura di una fibra ottica ha come conseguenza che una certa parte della luce propagantesi nel nucleo della fibra urta contro l'interfaccia nucleo/ rivestimento ad angoli di incidenza maggiori del valore critico e viene rifratta fuori dal nucleo ottico, andando perduta. La quantit? di luce che va perduta aumenta col diminuire del diametro effettivo della piegatura. Quando la piegatura della fibra ottica ? provocata per deviazione dovuta a forze laterali locali, la risultante riduzione d'intensit? del segnale (e la riduzione nella lunghezze del cavo che si pu? usare) viene chiamata perdita per micropiegatura. Quando una fibra ottica ? deviata da una disomogeneit? locale, quale un nodo o irregolarit? nel suoi strati di rivestimento, il diametro effettivo della piegatura dipende dalla deformazione locale cui ? sottoposta la fibra. Generalmente, la fibra s? piega ad un diametro effettivo pi? piccolo man mano che aumenta il lvel lo della deformazione cui ? sottoposta. Pertanto, a pi? alti livelli di deformazione corrispondono livelli pi? elevati della perdita per micropiegatura. Le perdite per bioropiegatura nelle fibre vengono grandemente ridotte rivestendo prima le fibre con un elastomero morbido quale una gomma iliconica, e incassando tale fibra ammortizzata in una camicia rigida atta a resistere alle forze esterne. Tuttavia, lematerie plastiche come la gomma silicone perdono la loro integrit? nelle condizioni ambientali estremamente severe che si hanno ad esempio nel fondo di un pozzo profondo, ossia, quando assoggettate ad acqua salmastra : calda, a pressioni fino a 20.000 lbs/poll.q (1406 Kg/cm ) e temperature fino a 500?F(260?C)

Sarebbe pertanto vantaggioso disporre di un tubo a chiusura stagna, contenente almeno una fibra ottica, che si possa incorporare in un cavo per la registrazioni dei dati di sondaggio nei pozzi. Il tubo permetterebbe di minimizzare la micropiegatura della fibra, e il cedimento da microscrepolature, indotto per umidit? nella fibra stessa.

Una condizione necessaria per una registrazione esatta dei dati di misurazione di un foro di sondaggio, e la conoscenza esatta della posizione del mezzo di registrazione entro detto foro. La posizione del mezzo ? definita dalla lunghezza reale del cavo di registrazione sospeso nel foro di sondaggio. La lunghezza reale del cavo sospeso pu? essere determinata in base ad una conoscenza delle quantit? di tratto di cavo non sollecitato che ? stata calata nel pozzo, pi? una conoscenza delle caratteristiche di allungamento/ tensione del cavo , e della tensione lungo la tratta di cavo sospeso. La quantit? di tratto di cavo non sollecitato che ? state fatto scendere nel foro di sondaggio pu? essere misurata con precisione. Anche il profilo di tensio ne lungo il tratto sospeso di cavo, pu? essere calcolato -con esattezza. Pertanto la lunghezza effettiva del cavo sospeso nel pozzo pu? essere determinata esattemente, se le caratteristiche di allungamento/tensione del cavo sono esattamente note e sono ripetibili.

I cavi elettromeccanici tradizionali per la registrazione delle misurazioni nei pozzi, possono essere costruiti in modo da sopportare le condizioni ambientali dure, di temparatura elevata, e da tollerare livelli elevati di deforazione assiale, rimanendo sempre funzionali. Pi? specificamente ad esempio, ciascun elemento conduttore di un cavo convenzionale di registrazione comprende un fascio di fili di rame. I fili di rame cedono anelasticamente a valori bassi di deformazione. Quando il cavo ? alternativamente teso e rilasciato, il rame non ritorna completamente nel suo stato originarlo e alla fine i fili di rame diventano fragili per indurimento da deformazione e si spezzano. Tuttavia, seppure grave questa condizione non necessariamente rende il cavo inoperante giacch? una interruzione in uno o pi? fili, con fili adiacenti non interrotti permette alla corrente di passare ai fili vicini e cosi il conduttore risulta sempre intero e il cavo rimane funzionale. Perci?, i cavi di registrazione convenzionali possono sopportare considerevoli deformazioni anelastiche ed elastiche , pur mantenendosi funzionali.

I cavi per la registrazione di dati nei pozzi sono generalmente costruiti con due strati di fili di armatura esterna in acciaio. I fili di armatura sono preformati e applicati a guisa di eliche o spirali di verso o chiralit? opposte, per impedire al cavo di "disavvolgersi" quando supporta un carico sospeso liberamente. Internamente alla camicia armata possono esservi sette conduttori di rame isolati disposti in numero di sei intorno ad uno, ad eliche di senso generalmente opposto a quelle dei fili di acciaio dello strato di armatura interno. Tuttavia, non esiste alcuna correlazione definita fra le eliche o spirali dei conduttori di rame e quelle dei fili di armatura interna, giacch? esse vengono aggiunte in fasi di fabbricazione separate e di solito con uno strato di appoggio in materiale cedevole fra le medesime. Un risultato di questa geometria convenzionale di strutturazione dei cavi ? che l?interfaccia fra i fili di armatura interna e i sottostanti conduttori isolati, consiste di una molteplicit? di punti d'incrocio separati dal materiale cedevole di appoggio.

Quando un cavo convenzion? le per la registrazione delle misurazioni nei pozzi viene posto in tensione a temperature elevate, esso si allunga per un importo che non ? prevedibile con esattezza. Ci? perch? l?allungamento consiste di dueparti: una lineare e una fortemente alineare e anelaetica. La parte anelastica siverifica perch? i fili di armatura deformano anelasticamente lo strato di appoggio cedevole sottostante e l'isolamento dei fili a motivo delle fortissime sollecitazioni locali nei punti d'incrocio e assumono un diametro primitivo pi? piccolo. La parte anelastica dell?allungamento del cavo non ? propriamenteprevedibile o ripetibile equindi la posizione della sonda diregistrazione non sar? esattamente nota.

Per impedire che si verifichi la deformazione anelastica nell'uso, ai cavi di registrazione convenzionali viene impartito uno stiramento a caldo durante la fabbricazione. L'operazione di stiramento a caldo, quando appropriatamente svolta, si traduce inun cavo atto a rispondere con un allungamento lineare ed elastico alla tensione. Letto trattamento conferisce una deformazione (anelastica) permanente compresa fra 3/4 e 1? per cento ai cavi di registrazione convenzionali a sette conduttori. Il prestiramento a caldo di un cavo armato di struttura convenzionale, conte nente una o pi? fibre ottiche nella relativa anima, lasca rebbe la fibra ottica di vetro sotto un allungamento permanente da3/4 a 1? per cento. Le fibre ottiche in cavi soggetti a tali alti livelli di deformazione permanente cederebbero subito in seguito a fatica statica e/o subirebbero perdite per micropiegatura intollerabilmente elevate E' quindi evidente che la tecnologia convenzionale di prestiramento non pu? essere applicata ai cavi armati in fibra ottica. Perci?, sarebbe particolarmente vantaggioso disporre di un cavo armato contenente fibre ottiche, il quale permetta di ovviare a questi e ad altri inconvenienti e consenta di stendere la tecnologia delle comunicazioni attraverso le fibre ottiche, alle aree soggette a condizioni ambientali estremamente dure.

La presente invenzione provvede un metodo per la fabbricazione di un tubo ermeticamente chiuso attorno ad una o pi? fibre ottiche ammortizzate e comprende il prodotto ottenuto con detto metodo di fabbricazione. L'ammortizzazione prevede un procedimento col quale la fibra ottica viene rivestita con un adatto materiale di proiezione quale un elastomero. La fabbricazione viene effettuata in modo che le fibre vengano chiuse a tenuta nel tubo senza stirarle o tenderle, cos? da evitare che si generino deforinazioni, micropiegature, o microscrepolature accentuate dalla presenza di acqua. Il cavo e il metodo di fabbricazione minimizzano la parte anelastica dell?allungamento del cavo riducendo al minimo la deformabilit? dell'anima. Il fascio centrale del cavo comprende almeno due etrati interi, includenti l?armature interna, i quali vengono attorcigliati o cordati in una configurazione "uniavvolgimento" di una data chir lit? attorno, al tubo centrale ermeticamente chiuso secondo l'invenzione, il quale tubo contiene almeno una fibra protetta dal rivestimento "ammortizzante". Come si ? detto, detta fibra ? una fibra ottica rivestita con un adatto materiale ammortizzante, quale un elastomero. Il tubo ? costruito in modo che le fibre siano ermeticamente suggellate in esso con un minimo di deformazione e micropiegature indotte dal processo.

Una configurazione ad "uniavvolgimento" ? definita come un fascio di elementi di cavo dove ciascun elemento ? in con? tinuo contatto con, ed ? disposto secondo lo stesso orientamento, rispetto agli elementi ad esso immediatamente v -cini. Le sezioni trasversali del fascio centrale sono idemtiche in ogni punto lungo il cavo, eccetto per una rotazione attorno all'asse centrale. La costruzione ad uniavolgimento distribuisce le forze trasversali in modo continuo lungo i componenti in contatto, invece di concentrare le forze nei punti d'incrocio come negli strati di elementi di cavo formati in controspirale o strati di elementi cordati unidirezionalmente che hanno lunghezze differenti di avvolgimento. Il tratto di avvolgimento del cavo ha lunghezza dell'ordine di circa 3,5 pollici (88,9 mm)

per un cavo con un diametro esterno di circa 0,3 pollici : ( 12,7 mm ). E' definita "lunghezza di avvolgimento" la distanza lungo il cavo o l'asse elicoidale, percorsa da un giro di spirale completo dell'elemento. Il cavo presenta almeno uno strato di armatura esterna il quale ? avivolto in controspirale attorno al fascio centrale. Lo strato di armatura esterna fe di chiralit? opposta a quella del fascio centrale e sostanzialmente compensa il momento torcente dell'armatura interna quando il cavo ? sotto tensione.Gli elementi degli strati sono duri e resistenti alla deormazione. Ci? vuol direche qualsiasi degli elementi conduttori contenuti nel cavo sono conduttori metallici singoli e non conduttori cordati o a pi? fili.

Gli strati del fascio centrale sono costruiti inuna unica operazione, con la stessa lunghezza di avvolgimento e la medesima chiralit?. Lo strato di armatura esterna, di chiralit? opposta, ? applicato direttamente sul fascio centrale.

L'invenzione ? descritta pi? in dettaglio in appresso con riferimento al disegno allegato, in cui:

- La fig. 1 ? una vista in sezione trasversale di un cavo armato contenente fibre ottiche.

La figura rappresenta complessivamente con 10 il tubo a chiusura ermetica e il cavo ottico armato secondo l'invenzione, che verranno descritti nel seguito con riferimento ad alcune forme di esecuzione sp?cifiche relative alle di? mensioni complessive, alle dimensioni dei singoli componenti, e ai materiali usati per costruire un cavo destinato alla registrazione ei dati di sondaggio nei ozzi, rientrante nell'ambito dell'invenzione. Tuttavia, l'invenzione non ? limitata unicamente alle dimensioni o ai materiali specificamente indicati nella presente esposizione, n? alle sole applicazioni connesse con la registrazione dei dati di sondaggio nei pozzi. Il tubo e/o cavo descritto ? utilizzabile in qualsiasi applicazione per cui si esigano minime deformazioni del cavo sotto carico, e il tubo pu? essere impiegato in tutti i casiin cui sia necessario un ambiente ermetico per una fibra ottica.

Il cavo ottico armato 10 ha un'anima entrale 12 costitu?te da un tubo ermeticamente chiuso .Tale tubo pu? essere usato da solo se l'applicazione non richiede un'armatura o degl elementi, conduttori. Il tubo ermeticamente chiuso 12 ha un diametro esterno compreso fra 0,110 e circa 0,120 pollici ( fra 2,794 e 3,048mm) 1%, e un diametro interno di circa 0,06 pollici ( 1,524 mm ). Il tubo 20 contiene una, o una pluralit? di fibre ottiche 14. Le fibre ottiche 14 possono essere del tipo modo singolo o multimodo, o miscele di tali tipi. Fibre ottiche adatta, con un sottile rivestimento protettivo di una plastica a base acrilica indurite agli U.V., sono fabbricate dalla Valtec Co., nel Massachussetts. Se il tubo sigillato 12 contiene una p uralit? di fibre ottiche, queste ultime dovranno essere preferibilmente attorcigliate fra loro col medesimo senso elicoidale degli elementi 22 e dei fili di armature interna 24 del fascio centrale 30? Ad esempio, le tre fibre illustrate hanno un senso di avvolgimento destrorso e una lunghezza di avvolgimento di circa 3,5 pollici ( 88,9 m) (angolo di avvolgimento 1,2?).

Le fibre rivestite sono circondate e rivestite da un materiale ammortizzante 16 quale un materiale elastomerico, ad esempio gli elastomeri siliconici e simili. E? prevista l'aggiunta ulteriore di elastomero o altro materiale di annegamento adatto er parzialmente o, come illustrato, completamente riempire il tubo 12 durante la fabbricazione del tubo atesso nel suo complesso.

Detto tubo 12 ? costruito a partire da sezioni semicilindriche 20 che vengono preformate per laminazione o trafilatura da un filo metallico ricotto. Sebbene l'esempi illustrato preveda due sezioni 20, il tubo 12 pu? essere formato da un qualunque numero di sezioni, o parti. Uno spessore di parete adatto per le due sezioni sarebbe quello di circa 0,027 , 0,002 pollici (0,6858 mm? 0,0508 mm). La laminazione o la trafilatura delle sezioni cilindriche indurisce per lavorazione il metallo prima che vi sia racchiusa la fibra. Le sezioni cilindriche sono prodotte da filo in acciaio o altra lega che si pu? facoltativamente indurire per precipitazione per ottenere una resistenza elevata allo snervamento per trattamento termico prima della saldatura. L'indurimento per precipitazione ? definito come un processo di indurimento nel quale un costituente precipite da una soluzioni solida ipersatura. In tal modo, al metallo indurito per lavorazione pu? essere impartita una pi? accentuata resistenza allo snervamento mediante l'indurimento per precipitazione. Possono essere usate macchine e pr?cedimenti standard di laminazione quali quelli impiegati dalla Shaped Wire Co? dell'Illinois- per ridurre il filo, per schiacciamento nelle sezioni semicilindriche 20 che formano il tubo 12. Esempi adatti di filo in acciaio inossidabile o altro materiale adatto sono: l'acciaio inossidabile PH 17-7, un prodotto della Armco; la lega non ferrosa MP-35, un prodotto della Latrobe Steel Co.., Latrobe, P?. Le sezioni formate dai fili dovranno avere un limite di snervamento maggiore di circa 100.000 lbs/poll.q.

( 7030.Kg/cm2 ) e preferibilmente maggiore di circa 150.000 lbs/poll.q. (10545 Kg/cm2 necessita un limite di snervamento pi? elevato, detti materiali in filo possono essere induriti per precipitazione fino ad ottenere limiti di snervamento superiori a circa 250.000 lbs/poll.q.(17575 Kg/cm ).Ci? corrisponde ad una deformazione al limite di elasticit? maggiore di circa 0,85.

Deformazione al limite di elasticit? ? definita come il massimo allungamento percentuale che pu? essere applicato senza sostanziale deformazione permanente del campione di prova. Ci? per

mette di far passere il tubo attorno ad una carrucola del diametro di 56 poli. ( 914,4 mm) e preferibilmente di 24 poll. ( 609,6 mm ) o meno, o di avvolgerlo attorno ad un tamburo avvolgicavo di 36 poli. (914,4 mm) e preferibilmente di 24 poli. (609,6 mm) o meno, sotto carico di lavoro, senza snervamento o cedimento anelastico.

Le sezioni 20 combaciano longitudinalmente fra loro formando iltubo 12 Le linee di giunzione longitudinali vanno soggette soltanto ad una piccola sollecitazione di taglio secondaria quando il tubo ? curvato attorno ad una puleggia o ad ua bobina. Le sezioni 20 vengono pressate assieme e saldate dove i bordi s'incontrano mediante saldature 21 in modo da chiudervi ermeticamente all'interno le fibre 14. Durante la costruzione del tubo, le fibre cordate e protette con rivestimento "ammortizzante" vengono fatte avanzare cosi come arrivano unite assieme, con un gioco sufficiente ad evitare pinzamente. La saldatura ? prefer?bilmente effettuata al laser, il quale consente una fusione pulita che pub essere confinata ad un piccolo volume che non penetra da parte a parte la parete e che pertanto non ricuoce l'intero spessore di parete e non ? distruttivo per le fibre ammortizzate. Facoltativamente, ai fini di una ulteriore protezione, il tubo completato pu? essere rivestito con una plastica dura costituita da un materiale adatto quale difluoruro di polivinilidene (Kynar) o polietereterchetone (PEEK) (nomi depositati), o galvanizzato. Tale rivastimento facoltativo pu? essere regolato in modo che il tubo finito ermeticamente chiuso, abbia un diametro e ster no di circa 0,120 pollici (3,048 mm).

Una struttura alternativa per il tubo prevede sezioni con estremit? ad incastro a coda di rondine in modo da inserirsi fermamente l?una nell'altra, Esternamente alle sezioni cilindriche ? previsto un tubo di metallo rullato e saldato. Il tubo di metallo ? saldato al laser lungo la linea di giunzione del tubo rullato, usando un laser adatto quale

un laseral C02. Preferibilmente, il tubo ? prodotto in un materiale estremamente resistente alla corrosione quale Inconel (nome depositato). Facoltativamente, la profondit?. della saldatura al laser, durante tale operazione, pu? essere regolata in modo che la saldatura passi attraverso il tubo metallico esterno e in una delle met? di tubo interno Ci? consente di chiudere ermeticamente consicurezza le fibre ottiche entro il tubo. Una opzione alternativa ? quella di applicare al rivestimento esterno, per immersione placcatura, un materiale adatto che resista alla corrosione. Tale tubo ? anche descritto e illustrato nella domanda di brevetto U.S. N. 408.971, del 17.8.1982 dal titolo "Bermetically Sealed Optical Fiber",

depositata conteaporaneamente alla presente e al cui testo completo si rimanda con questo riferimento.

Nell'esempio di esecuzione preferito, lo spazio per il tubi centrale ermeticamente chiuso 12 ? delimitato da almeno

sei elementi 22, quali dei trefoli conduttori, applicati attorno all'anima centrale 12 con senso di avvolgimento destrorso e una lunghezza di avvolgimento di 3,5 pollici

( 88,9 mm ) (angolo di avvolgimento 9,8?). Per disporre di un diametro pi? grande per l'anima centrale 12, viene usato un numero maggiore ad esempio otto, come illustrato di elementi conduttori per definire lo spazio per detta anima centrale. Gli elementi conduttori 22 dovranno essere prodotti in un materiale che minimizzi le deformazioni e sia atto ad interbloccarsi con l'armatura interna 24. Degli elementi conduttori adatti sono costituiti in

filo di acciaio massiccio placcato con rame, avente un diametro di circa 0,0403 1%? (1,016 mm)

Gli elementi conduttori dovranno avere una conducibilit? minima del 60%, minimo dell' "International Annealed Copper Standard"(IACS) con una deformazione allo snervamento d? circa 0,9 minimo, scarto 0,2%. Un materiale che risponde a questi requisiti ? il Copperweld (nome depositato). Il filo mass?ccio in acciaio placcato al rame ? rivestito con un isolante quale Kynar, fino ad un diametro esterno di circa

0,071 pollici ( 1,803 mm ). Il tubo ermeticamente chi?so 12 e gli elementi conduttori 22 dovranno avere un dia

etro sterno combinato di oirca 0,262 pollici(6,654 mm) Gli elementi conduttori 22 sono circondati da un numero

almeno doppio di fili di armatura interna 24? Nella presente soluzione preferita, i sedici fili di armatura interna

24 dovranno essere costituiti da fili per funi trafilati, galvanizzati, in acciaio duro (AISl), o altro materiale

adatto, con un diametro di circa 0,0575 pollici (1,447 mm)

+1%, minima resistenza a trazione di circa 244 KPSI(171,532 Kg/mm ) minime torsioni (8" - 203,2 mm) di circa 39, e un'aderenza

del rivestimento verificata in base alla prova di avvolgimento su mandrino 3D. I fili di armatura interna 24 sono applicati come parte del fascio centrale 30 con senso destrorso dell'avvolgimento e lunghezza di avvolgimento di 3,5 poli. (88,9 mm) (angolo di avvolgimento di 15,5?)? Il fascio

centrale 30 ha un diametro esterno di circa 0,368 pollici

( 9,347 mm ). E' importante che i sedici fili di armatura interna 24 siano elettrogalvanizzati con finitura

liscia e lucida, quale ottenuta con un minimo rivestimento di zinco di circa 0,2 once/piede quadrato (circa 61,031 g/m ). I fili di armatura interna 24 sono situati adiacenti ai conduttori isolati e quindi devono presentare una interfaccia liscia per trasmettere i carichi di compressione

ai fili isolati.

Durante la costruzione del fascio centrale 30, all'esterno dell?armatura interna 24 viene applicato un materiale di protezione 26 adatto alle condizioni ambientali in cui ? destinato ad operare il cavo 10. Fra i materiali adatti per cavi destinati alla registrazione dei dati di sondag? gio nei pozzi vanno citati i composti di carica a base di gomma nitrile, e simili. I fili di armatura interna 24 sono avvolti attorno agli elementi conduttori 22 come illustrato, in modo da lasciare spezio per l'introduzione di otto elementi interstiziali 28. Gli otto elementi interstiziali sono opzionali e possono essere costituiti sia da un lubrificante anticorrosione 26, quale il composto TMS 5878 prodotto dalla Quaker Chemical Company, sia da fili o da : conduttori isolati, oppure da fibre ottiche incamiciate. ; Gli elementi interstiziali 28 sono applicati col medesimo. senso di avvolgimento dei fili conduttori 22 e dei fili di armatura interna 24. Essi sono commessi con senso di avvolgimento destrorso e lunghezza di avvolgimento di 3,5 poli. (88,9 mm) (angolo di avvolgimento 12,5?.)? Gli elementi interstiziali 28 dovranno avere un diametro esterno massimo di circa 0,028 poli. (0,711 mm), minimo rivestimento di zinco di circa 0, 1 minima resistenza a trazione di circa minimo numero di torsioni (8"=203,2 mm) di circa 83, e un'aderenza del rivestimento verificata mediante la prova di avvolgimento su mandrino 2D. Se gli elementi interstiziali 26 sono usati per controllare la posa dei fili di armatura interna 24, allora detti elementi 28 dovranno essere preferibilmente costitu?ti da fili pieni, galvanizzati, lucidi. E' importante che i qualsiasi elementi interetiziali 28 abbiano una superficie eeterna arrotondata e liscia, giacch? essi sono adiacenti ai fili conduttori isolati e devono necessariamente presentare detta superficie liscia per poter trasmettere i carichi di compressione ai ili isolati.

Una caratteristica esclusiva del cavo ottico armato 10 ? il fatto che gli elementi del fascio centrale 30 sono costruiti col medesimo senso e lunghezza di avvolgimento in modo da serrarsi fra loro e da nonincrociarsi l'uno con l'altro. Un'altra caratteristica esclusiva ? il fatto che gli elementi conduttori 22 e i fili di armatura interna 21, vengono assemblati durante la medesima operazione, in maniera che gli elementi 22 e 24 pogginglii uni contro gli altri e non in corrispondenza delle scanalature formate fra i fili conduttori 22. Tale costruzione conferisce al cavo maggiore flessibilit? e riduce l'attrito fra i fili conduttori 22 e i fili di armatura interna 24. Queste caratteristiche assicurano una minima deformazione dell'interfaccia fra gli elementi e quindi un minimo allungamento anelastico del cavo.

I fili di armatura interna 24 sono circondati da almeno uro strato di fili di armatura esterna che definisce il diametro esterno del cavo 10. Nell'esempio preferito illustrato, vi sono ventiquattro elementi costituenti i fili di armatura esterna 32. Tali elementi di armatura esterna 32 dovranno essere costituiti da fili per produzione di funi in acciaio duro migliorato, galvanizzati (AISl) o da altri materiali adatti aventi un diametro di circa 0,049 poli.

(1,244 mm) 1%, m?nimo rivestimento di zinco di circa 0,4 oncia/piede (circa 122,062 g/m ), prova secondo prescrizioni ASM A-90, minima resistenza a trazione di circa 246 KPSI (172,938 Kg/mm ), prova secondo prescrizioni ASM E-8, minimo numero di torsioni (8"= 203,2 mm) di circa 47, prova secondo prescrizioni FED SPEC HR-W-410, e un rivestimento la cui aderenza risponde alle prescrizioni ASTM

A-641, prova con l'uso del mandrino 3D. I fili 32 sono preferibilmente preformati e applicati con un senso di avvolgimento opposto a quello degli elementi 22 e 24. Nel caso specifico, il senso di avvolgimento dei fili di armatura esterna 32 dovr? essere quello sinistrorso e la lunghezza di avvolgimento di 3,5 poll. ( 88,9 mm ) (angolo di avvolgimento 20,5?). Quando vengono applicati i fili di armatura esterna 32, il fascio centrale 30 viene rivestito con un materiale resistente alla corrosione e lubrificante 34, quale il TMS5878, e simile. Le dimensioni complessive del cavo ottico 10 saranno di circa 0,469 pollici (11,912 mm) Il cavo armato contenente il tubo ermeticamente chiuso ? prodotto formando anzitutto il tubo in una singole oper razione e poi costruendo il cavo attorno al tubo in una mica operazione in linea.

tubo ermeticamente chiuso contenente le fibre ottiche pu? essere costruito in conformit?, alla seguente, procedura Dei fili in acciaio inossidabile ricotto o in altra lega non ferrosa adatta vengono lavorati con rulli sagomati per ridurli in sezioni cilindriche, in modo che, col passaggio attraverso dei rulli di guida, le sezioni formino un tubo avente un diametro interno sufficiente per contenere le fibre ottiche senza interferire con esse. Le sezioni lami nate o rullate vengono poi indurite per precipitazione ad una temperatura di circa 900?F ( 482?C ). Preferibilmente, il tubo ? formato da due sole sezioni semicilindriche, in quanto ci? minimizza il numero delle saldature.

Sez?oni rullate adatte sono prodotte dalla The Shaped Wire Co., St. Charles, Illinois. Le sezioni cilindriche possono essere pressate assieme mediante rulli pressori standard, quali quelli usati dalla Laser Applications Ine., Baltimore, Md. prima e durante la saldatura al laser. Le fibre riveetite e avvolte ad elica vengono inserite fra le sezioni mentre queste vengono pressate fra loro e viene aggiunto altro materiale elastomerico per far aderire le fibre a dette sezioni prima della saldatura.

La saldatura al laser ? effettuata con un laser al CO2 industriale da 500 watt della Control Laser Corp. Il laser ? focalizzato ad una larghezza di circa 0,15 mm. Il tubo vienesaldato ad una profondit? inferiore allo spessore delle sezioni. Una profondit? di circa 0,40 adatta per la costruzionedi un tubo esterno avente un diametro di circa 0,110-0,120 pollici ( 2,794-3,048 mm).

Facoltativamente, i settori,cilindrici possono essere riscaldati ad una temperatura compresa fra 300 e circa 500?F (fra 149?C e 260?C) durante la saldatura. Il riscaldamento facilita li processo di saldatura e determina anche una contrazione dello 0,2% del tubo quando questo si raffredda. Ci? compensa lo 0,2% circa di stiramento della fibra dovuto a dilatazione termica quando il cavo viene fatto scendere in un foro di trivellazione in cui esistono temperature dell'ordine fino a circa 260?C).

Il processo di saldatura lascia i giunti in una condizioni sollecitata: un trattamento termico a circa 500?F ( 260?C) per poche ore dopo la saldatura, permette lo scarico di tali sollecitazioni senza ricottura del tubo indurito per preoipitazione. Una volta che la fibra ottica ? racchiusa nel tubo, l'indurimento per precipitazione di quest'ultimo non ? possibile, in quanto ci? determinerebbe il surriscaldamento e la distruzione dei polimeri di protezione.

Dopo la saldatura, il tubo pu? essere facoltativamente placcato con nickel o galvanizzato per resistere alla cor rosione, e infinesai tubo pu?, facoltativamente, essere estruso un rivestimento di una plastica ad alto punto di fusione quale il PEEK o il Kynar (nomi depositati) , per ridurre la diffusione dell 'acqua salmastra nelle punte di spillo eventualmente lasciate dalla saldatura , nonch? per proteggere il metallo dalla corrosione. Adatte estrusioni di rivestimento sono prodotte dalla Berk Tek Co. , Pennsylvania Dopo le costruzione del tubo 12, viene formato il fascio centrale 30 prelevando il materiale da una stazione di bobine planetarie, e sul fascio centrale vengono applicati direttamente i fili, di armatura esterna 32 prelevati da una stazione in tandem di bobine planetarie. I fili di arma tura esterna 32 vengono applicati con un senso di avvolgimento opposto , in modo che i momenti torcenti esercitati da detti fili di armatura interna ed e sterna siano sostanzialmente equilibrati. Un metodo adatto di equilibratura dei fili di armatura esterna 32 e dei fili di armatura interna 24 avvolti in controspirale, ? descritto nel brevetto U.S. N. 4517000 completamente incorporato qui come riferimento. Le macchine per la fabbricazione del cavo secondo , l 'invenzione sono note nel settore come macchine di cordatura planetaria. Una fonte adatta per la costruzione del cavo ? rappresentata dalla Blake Wire and Cable Company di Torrence, California. Naturalmente, il cavo pu? anche essere costruito mediante una macchina per fabbricazione di cavi ad avvolgitore a tubo; tuttavia, in questo caso i fili di armatura esterna vanno applicati in una fase, separata.

E' evidente che l'invenzione non ? limitata alla forma di esecuzione particolarmente preferita e alle alternative, pure preferite, esposte sopra, ma comprende tutte le ovvie varianti che potranno esservi apportate senza uscire dall' ambito dell'invenzione stessa. Ad esempio, il cavo non ? limitato ad alcuno specifico diametro, numero di fibre ottiohe e simili. Condizioni ambientali differenti o differenti applicazioni di lavoro nelle quali siano previsti carichi pi? importanti imposti al cavo, potrebbero richiedere l'uso di un cavo di maggior diametro con elementi conduttori in maggior numero e/o di dimensioni pi? grandi, e con fili di armatura interna e fili di armatura esterna di di mensioni e/o numero corrispondentemente maggiorati. Inoltre, all'aumento del diametro del cavo deve essere direttamente proporzionale l'aumentoldellal lunghezza dell'avvolgimento. E' inoltre necessario che gli elementi conduttori e l'armatura interna vengano costruiti in una unica operazione col medesimo senso di avvolgimento, e che l'armatura interna sia predisposta in modo da non situarsi negli incavi formati dagli elementi conduttori. L'armatura esterna deve essere avvolta con senso di avvolgimento opposto a quello dell'armatura interna, e deve possedere una resistenza alla compressione sufficiente ad ottenere che l'armatura in

Claims (9)

RIVENDICAZIONI

1. Tubo ermeticamente chiuso contenente fibre ottiche, caratterizzato da ci? che comprende un'anima,interna contenente una o pi? fibre ottiche protette da un rivestimento immortizzante e almeno due sezioni metalliche cilindriche che si accoppiano fra loro attornoa detta anima interna e che formano un tubo dette sezioni metalliche essendo ermeticamente congiunte assieme per definire detto tubo; e da ci? che dette sezioni metalliche vengono preformate per rullatura a partire da un filo ricotto.

2. Tubo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato da ci? che dette sezioni sono atte a subire indurimento per precipitazione dopo essere state rullate per assumere la forma di sezioni cilindriche e prima di essere congiunte mediante saldatura al laser.

3. Tubo secondo rivendicazione 1, caratterizzato a ci? che dette sezioni sono costruite a partire da fili in acpiaio inossidabile o in lega non ferrosa.

4. Tubo secondo rivendicazioni 1, 2 o 3, caratterizzato da ci? che dette sezioni metalliche sono unite ermeticamente fra loro in corrispondenza di linee di giunzione longitudinali.

3. Tubo secondo rivendicazione 3, caratterizzato da ci? che le sezioni sono prodotte in modo chei fili sagomati per rollatura formino un tubo avente un diametro esterno compreso fra circa 0,110 e circa 0,120 poll.( fra 2,794 e 3,048 mm) con uno spessore di parete di circa 0,027 poll.( 0,685 mm)

6. Tubo" secondo rivendicazione 4, caratterizzato da ci? che ? formato a partire dadue sezioni.

7. Tubo secondo rivendicazione 5, caratterizzato da ci? che il tubo ? inoltre rivestito con uno strato di metallo resistente alla corrosione o di una plastica resistente alle alte temperature, fino a delimitare un diametro esterno di circa 0,120 0,001 pollici( 3,04? 0,0254 mm)

8. Tubo secondo rivendicazione 4, caratterizzato da ci? che il tubi contenente le fibre ? riscaldato fino ad una temperatura compresa fra circa 300 e circa 500?F(da 149?C a 260?C) durante la giunzione delle sezioni mediante saldatura al laser.

9 Tubo secondo rivendicazione 4, caratterizzato da ci? che le sezioni sono pressate assieme e attorno alle sezioni -interne- viene costruito un rivestimento esterno costiuito da un tubo metallico formato per rullatura, e da

ci? che detto tubo metallico esterno viene saldato fino ad una profondit? maggiore dello spessore dello stesso tubo

Metallico esterno.

10. Tubo secondo rivendicazioni 5 ? 7, caratterizzato da

ci? che le fibre ottiche sono fibre ottiche a modo unico.

11. Tubo secondo rivendicazioni 1 , 2, 3 , 8, 9 o 10, caratterizzato inoltre da ci? che comprende almeno sei elementi avolti ad elica attorno a detto tubo secondo un dato senso di avvolgimento; del fili di armatura interna di numer? almeno doppio di quello di detti almeno sei elementi, avvolti attorno a detti almeno sei elementi nello stesso

senso, secondo una configurazione elicoidale ad uniavvol gimento detti almeno sei elementi e detti fili di armatura interna essendo costruiti attorni a detto tubo nel medesimo tempo in cui gli elementi e i fili con medesimo senso di avvolgimento e il tubo formano un fascio centrale; una pluralit? di fili di armatura esterna in contatto con detti fili di armatura interna, essendo detti fili di armatura esterna avolti in senso elicoidale opposto a quello

di detti fili di armatura interna, cosicch? i momenti torcenti esercitati da detti fili di armatura interna e da detti fili di armatura esterna risultano sostanzialmente equilibra ti.

12. Tubo secondo rivendicazione 11, caratterizzato da ci? che detti almeno sei elementi sono elementi conduttori costituiti da filo in acciaio placcato con rame.

13. Tubo secondo rivendicazione 12, caratterizzato da ci? che il filo di armatura interna ? un filo di acciaio galvanizzato.

14. Tubo secondo rivendicazione 13, caratterizzato da ci? che gli elementi conduttori e i filidi armatura interna formano degli spazi interstiziali i qua li sono occupati da fibre ottiche incamiciate o da cariche di filo di acciaio galvanizzato.

15. Tubo secondo rivendicazione 14, caratterizzato da ci? che i fili di armatura esterna sono costituiti da fili di acciaio duro, preformati, galvanizzati, e l'elemento d' anima centrale ? un filo massiccio.

16. Tubo secondo rivendicazione 15, caratterizzato da ci? che le sezioni sono unite lungo linee di giunzione longi tudinali e detti almeno sei elementi sono in numero di otto.

17. Tubo secondo le rivendicazioni 11, 14, 15 o 16, caratterizzato da ci? che l'anima centrale, gli elementi conduttori e i fili di armatura interna, sono rivestiti con un composto di carica a base gomma nitrile.

16. Cavo ottico armato caratterizzato da ci? che comprende: un'anima centrale costituita da un tubo ermeticamente chiuso avente un diametro esterno compreso fra circa 0,110 e circa ,120 pollici(fra 2,794 a 3,048 mm ), e un diametro interno di circa 0,06 pollici( 1,524 mm ), detta anima contenendo una pluralit? di fibre ottiche incorporate in un elastomero, ed essendo formata a partire da due sezioni metalliche cilindriche congiunte longitudinalmente fra loro attorno a dette fibre in modo da formare un tubo; otto elementi conduttori avvolti attorno a detta anima centrale con un avvolgimento destrorso e una lunghez za di avvolgimento di circa 3,5 poll. (88,9 mm )

e un diametro di 0,071 pollici ( 1,803 mm ) cosicch? il diametro esterno dellanima centrale pi? i fili conduttori ammonta a circa 0,262 pollic ( 6,634 mm ) ; sedici elementi di armatura interna in filo di acciaio galvanizzato avente un diametro esterno di circa 0, 038. pollici ( 1,473 mm ) , vvolti attorno a detti el em e nti conduttori con lo stesso senso e lunghezza di avvolgimento di detti elementi conduttori, essendo detti elementi conduttori e detta armatura interna costrutti durante la stessa operazione, e detta anima centrale, detti elementi conduttori e detti fili di armatura interna formando un fascio centrale avente un diametro esterno di circa 0,368 pollici( 9,347 mm ) e ventiquattro elementi esterni in filo di acciaio galvanizzato avvolti attorno a detti sedici elementi con avvolgimento sinistrorso e lunghezza di avvolgimento di 3,5 poll.( 88,9 mm ) , detti ventiquattro elementi avendo un diametro di circa 0,049 pollici ( 1,244 mm ), per cui in totale il diametro esterno del cavo ammonta a circa 0,469 pollici( 11,912 mm)

19. Cavo secondo rivendicazione 18, caratterizzato da ci? che il fascio centrale ? riempito con un composto di carica elastomerico.

20. Cavo secondo rivendicazione 19, caratterizzato da ci? che gli interstizi formati fra detti elementi di armatura interna e elementi di armatura esterna sono riempiti con fili metallici massicci galvanizzati, lucidi e/o con un lubrificante anticorrosione.

21. Cavo secondo rivendicazione 20, caratterizzato da ci? che detta anima ? inoltre rivestita,con uno strato di metallo resietente alla corrosione o una plastica resistente alle alte temperature fino ad un diametro esterno di circa 0,120 0,002 pollici(3, 048 0,0508 mm).

22. Cavo secondo rivendicazione 21, caratterizzato da ci? che detta anima contenente le fibre viene riscaldata fino ad una temperatura compresa fra circa 300 e 500?F (fra 1.49?C e 260?C) durante la giunzione delle sezioni mediante saldatura al laser

23.Procedimento per la costruzione di un tubo ermeticamente chiuso per l'incasso di fibre ottiche, caratterizzato da ci? ohe comprende:- (a) laminazione o rullatura di almeno due fili ricotti in sezioni, essendo dette sezioni atte ad essere accoppiate fra loro per formare un tubo cilindrico avente un diametro interno sufficiente per ricevere almeno una o una pluralit? di fibre ottiche protette da rivestimento ammortizzante (b) formazione diun tubo attorno a dette fibre ottiche ammortizzate a partire dalle sezioni ottenute nella fase (a) e (c) giunzione ermetica di dette sezioni nella forma di un tubo.

24. Procedimento secondo rivendicazione 23, caratterizzato da ci? che la giunzione ? effettuata mediante saldatura al laser.

25. Procedimento secondo rivendicazione 23, caratterizzato da ci? che dette sezioni vengono sottoposte a indurimento per precipitazione prima della saldatura per aumentare il carico di snervamento delle sezioni finite,

26. Procedimento secondo rivendicazione 24, caratterizzato da ci? che i fili ricotti sono prodotti a partire dall' acciaio inossidabile o da leghe non ferrose ad elevata resistenza alla trazione,

27. Procedimento secondo rivendicazioni 23 o 25 caratterizzato inoltre da ci? che comprende l'iniezione di un elastomero nell'interno di una sezione e su dette fibre ammortizzate prima della formazione di detto tubo.

28. Procedimento secondo le rivendicazioni 23 o 25 caratterizzato inoltre da ci? che comprende la formazione di un rivestimento di plastica resistente alle alte temperature ettomo a detto tubo ermeticamente chiuso.

29. Procedimento secondo le rivendicazioni 23, 24, 25, 26, 27 o 28, caratterizzato inoltre da ci? che prevede:- l'avvolgimento ed elica di elementi conduttori attorno a detto tubo, essando detto avvolgimento effettuato secondo un dato senso o chiralit?, e una data lunghezza di avvolgimento; l'avvolgimento ad elica attorno ai detti elementi conduttori di uno strato di fili di armatura interna applicati contempo raneamente a detti elementi conduttori con lo stesso sens e la medesima lunghezza d? avvolgimento di questi ultimi; e, l'applicazione di uno strato di fili di armatura esterna di chiralit? opposta a quella di detto strato di fili di armatura interna e con lunghezza di avvolgimento tale che i mo enti torcenti esercitati da detta armatura inter a e da detta armatura esterna quando il cavo ? sotto tensione risultano sostanzialmente equilibrati.

30. rocedimento secondo rivendicazione 29, caratterizzati da ci? che la sua fabbricazione inoltre comprende l'incorporamento di elementi di cavo nello spazio interstiziale delimitato fra detti elementi conduttori e detto strato di fili di armatura interna, contemporaneamente alla formazione di detti elementi conduttori e di detto strato di fili di armatura interna.