一种油井抽油杆碳纤维加热电缆及其制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种油井抽油杆碳纤维加热电缆及其制造方法，该电缆包括铜导体、导体绝缘层、碳纤维发热层、碳纤维绝缘层和外护套，所述导体绝缘层和碳纤维绝缘层内分别含有陶瓷橡胶层，碳纤维发热层通过多个内卡箍与铜导体电联接，形成相互并联的多个电阻；碳纤维发热层通过多个外卡箍与外护套电联接，通过外护套接地形成所述多个电阻的并联回路；所述外卡箍分别位于相邻二个内卡箍的中间位置，所述外护套为钢带沿纵缝焊接拉制而成。本发明的有益效果是：电热转换效率高，可达到98％；使用温度可达到600℃，防潮绝缘效果好，安全性能高；强度高，使用寿命长，制造长度可达到2000米以上且无横缝焊接，抗拉性能强，不易断裂。
【专利说明】
-种油井抽油杆碳纤维加热电缆及其制造方法
技术领域
[0001] 本发明设及一种加热电缆，特别设及一种油井抽油杆碳纤维加热电缆及其制造方 法。
【背景技术】
[0002] 油井抽油杆加热电缆应用石油开采，尤其是在稠油的开采过程中。因地下原油中 含有大量石蜡、渐青，随着原油抽油杆缓慢提升，接近地表层原油的溫度相应下降，出现原 油凝结现象，油井原油流量也相应降低及停产。为了提高原油产量，需要在油井抽油杆内安 装一根加热电缆，提升原油溫度，W达到溫度补偿，从而提高原油的流动性能。
[0003] 早在上世纪70年代，我国就开始应用油杆伴热技术。至今已有40多年，现有油杆伴 热技术主要是利用集肤效应原理，也就是将绝缘单忍电缆放入空屯、油杆内，电缆底端与空 屯、油杆短接，形成回路，通电后电缆产生满流使油杆发热，达到热补偿效果。从而看出电缆 质量及使用寿命，决定了采油产量。
[0004] 传统的加热电缆结构是钢绞线与铜导体绞合，外面设有聚丙締绝缘层。其工作溫 度只能达到150°c，由于井下油溫较高，可达280°C左右，绝缘材料耐溫差距较大，使用寿命 较短，易击穿。改进后的加热电缆结构由内至外依次包括单根铜导体、聚酷亚胺薄膜绕包、 氣塑料薄膜绕包和钢管护套。其中氣塑料薄膜绕包的耐热溫度可达25(TC，位于钢管护套内 的绝缘导体按每段IOOm分段对接，钢管护套按每段6-9m分段横缝焊接而成。该加热电缆工 作时通过增大电流使铜导体发热，并通过钢管护套将热量传给抽油杆，不仅电热转换效率 低，电能消耗大，而且虽然提高了耐热溫度，但仍未达到井下油溫，并存在电缆敷设易断裂， 绝缘绕包不防潮易击穿等问题。
【发明内容】
[0005] 本发明所要解决的技术问题是提供一种电热转换效率高，节能耐高溫、强度高，防 潮绝缘效果好，使用寿命长的油井抽油杆碳纤维加热电缆及其制造方法。
[0006] 为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：
[0007] -种油井抽油杆碳纤维加热电缆，包括设在中屯、的铜导体，其特殊之处是:在铜导 体外面依次设有导体绝缘层、碳纤维发热层、碳纤维绝缘层和外护套，所述导体绝缘层和碳 纤维绝缘层内分别含有陶瓷橡胶层，在导体绝缘层上均布设有内环槽并在碳纤维发热层上 位于每个内环槽处分别卡设有内卡髓，碳纤维发热层通过多个内卡髓与铜导体电联接，形 成相互并联的多个电阻;在碳纤维绝缘层上均布有外环槽并在外环槽内分别设有外卡髓， 碳纤维发热层通过多个外卡髓与外护套电联接，通过外护套接地形成所述多个电阻的并联 回路;所述外卡髓分别位于相邻二个内卡髓的中间位置，所述外护套为钢带沿纵缝焊接拉 制而成。
[000引作为进一步优选，所述导体绝缘层由内至外依次由所述陶瓷橡胶层和绝缘内护层 构成。
[0009] 作为进一步优选，所述碳纤维绝缘层由内至外依次由云母带绕包层、所述陶瓷橡 胶层和绝缘外护层构成。
[0010] 作为进一步优选，所述陶瓷橡胶层按重量份数计包含成份如下:娃橡胶40-45份、 陶瓷粉20-25份、玻璃粉15-20份、石英粉5-10份、云母粉8-10份、气相法白碳黑5-10份、偶联 剂0.5-1份、软化剂2-5份、双二五硫化剂0.8-1份。
[0011] 作为进一步优选，所述内环槽和外环槽的轴向宽度为20mm，相邻二个内环槽或外 环槽的间距为2~42M。
[0012] 作为进一步优选，所述碳纤维发热层是由一根或多根碳纤维发热体绞合在导体绝 缘层上形成，碳纤维发热体绞合的节距为碳纤维发热层外径的25-28倍。
[0013] 作为进一步优选，所述娃橡胶为甲基娃橡胶，其口尼粘度ML (1+4) 180°C为30~35、 乙締含量为63%，其作用是作为主体材料，具有耐低溫-50°C和高溫180°C特性，在高溫300 °C W上不产生碳化物，W达到本发明所需电缆性能。
[0014] 作为进一步优选，所述陶瓷粉粒度为3000目、耐溫为1200°C，该陶瓷粉在300°CW 下主要起填充、绝缘作用，在超过300°C高溫时陶瓷粉具有结壳、高溫绝缘、无炭化作用。
[0015] 作为进一步优选，所述玻璃粉的纯度大于等于95%，该玻璃粉粒度为325目、耐溫 为40(TC，该玻璃粉在高溫时具有结壳、高溫绝缘特性，使形成的绝缘层具有较大机械强度， 能承受一定机械冲击力，在高溫或受潮情况下仍具有优异的电气绝缘性能，能够确保电缆 在高溫燃烧、机械敲击和淋水条件下保持一段时间的正常工作。
[0016] -种油井抽油杆碳纤维加热电缆的制造方法，包含步骤如下：
[0017] 1、导体挤压
[0018] 选用直径略大于所需铜导体规格的无氧铜杆，经过高溫挤压机挤压成型得成所需 规格的铜导体，用于降低铜导体的电阻率；
[0019] 2、制作导体绝缘层
[0020] 1)通过娃橡胶挤出机将陶瓷橡胶挤出包裹在铜导体外面形成内部的陶瓷橡胶层， 使陶瓷橡胶层表面光滑平整、不偏屯、;然后进入硫化管道进行连续硫化；
[0021] 2)用云母带搭接绕包形成绝缘内护层，通过内部的陶瓷橡胶层和绝缘内护层组成 导体绝缘层；
[0022] 3、制作碳纤维发热层
[0023] 在导体绝缘层上均布开设若干个内环槽，将一根或多根碳纤维发热体绞合在绝缘 内护层上形成碳纤维发热层，在碳纤维发热层上对应每个内环槽处分别用内卡髓将碳纤维 发热体与铜导体卡牢，使碳纤维发热层通过多个内卡髓与铜导体电联接，形成相互并联的 多个电阻；
[0024] 4、制作碳纤维绝缘层
[0025] 1)在碳纤维发热层外面搭接缠绕云母带形成云母带绕包层；
[0026] 2)通过娃橡胶挤出机将陶瓷橡胶挤出包裹在云母带绕包层外面形成外部的陶瓷 橡胶层，使该陶瓷橡胶层表面光滑平整、不偏屯、;然后进入硫化管道进行连续硫化；
[0027] 3)再用云母带搭接绕包形成绝缘外护层;通过云母带绕包层、外部的陶瓷橡胶层 和绝缘外护层形成碳纤维绝缘层；
[0028] 5、在碳纤维绝缘层上均布开设外环槽，使每个外环槽分别位于相邻二个内环槽之 间的中间位置，在每个外环槽内分别卡入外卡髓将碳纤维发热层卡牢，并使外卡髓外径略 大于绝缘外护层的外径；
[0029] 6、制作外护套
[0030] 将钢带通过电缆钢护套纵包焊接机卷曲并沿钢带卷曲后的纵缝焊接拉制形成外 护套套设在碳纤维绝缘层的外面，确保外护套与外卡髓紧密接触，使碳纤维发热层通过多 个外卡髓与外护套电联接;最终达到成品电缆要求外径，同时保证电缆结构紧密无间隙。 [0031 ]作为进一步优选，所述陶瓷橡胶的原料按重量份数计包含成份如下：
[0032] 娃橡胶40-45份、陶瓷粉20-25份、玻璃粉15-20份、石英粉5-10份、云母粉8-10份、 气相法白碳黑5-10份、偶联剂0.5-1份、软化剂2-5份、双二五硫化剂0.8-1份；
[0033] 制备陶瓷橡胶时，将所述原料放入炼胶机中进行混炼，控制混炼溫度为50~60°C， 混炼时间为15-20min。混炼后通过滤胶机进行过滤得到所需陶瓷橡胶；
[0034] 作为进一步优选，所述滤胶机的过滤网设置为S层，由内至外依次为20目、40目、 60目。
[00巧]作为进一步优选，所述步骤2中控制硫化管道压力为0.8±0.05Mpa、溫度为170±5 r。
[0036] 本发明的有益效果是：
[0037] 1、由于在铜导体外面依次设有导体绝缘层、碳纤维发热层、碳纤维绝缘层和外护 套，碳纤维发热层是由碳纤维发热体绞合在绝缘内护层上形成，通电后通过碳纤维发热体 形成发热电阻进行发热，其电热转换效率高，可达到98%，且碳纤维发热层高溫状态下使用 不氧化，其单位面积的电流的负荷不发生改变。此外，由于热传导速度与发热体表面积成正 比，而构成碳纤维发热体的单根碳纤维直径只有0.02mm，因此碳纤维发热体通常由几万根 碳纤维组成，其表面积之大是现有加热电缆无法比拟的。因此，碳纤维加热电缆可实现节能 达到30% W上。
[0038] 2、由于该加热电缆的导体绝缘层和碳纤维绝缘层内均含有陶瓷橡胶层，该陶瓷橡 胶层在300°CW下成为软瓷性橡胶，300-600°C之间是随着溫度提高，使结壳速度加快，在 60(TC会达到陶瓷性绝缘，即达到无机物矿物质绝缘，因此利用该陶瓷橡胶作为绝缘层制成 的加热电缆使用溫度可达到600°C，防潮绝缘效果好，安全性能高，即使外护套被磨损浸水， 电缆也不会被击穿。
[0039] 3、由于外护套为钢带沿纵缝焊接拉制而成，因此强度高，使用寿命长，制造长度可 达到2000米W上且无横缝焊接，抗拉性能强，不易断裂。
【附图说明】
[0040] 图1是本发明的结构示意图。
[0041 ]图2是本发明的A-A剖视放大图。
[0042] 图3是本发明的B-B剖视放大图。
[0043] 图4是本发明的C-C剖视放大图。
[0044] 图5是本发明的电路原理图。
[0045] 图中：铜导体1，陶瓷橡胶层2，绝缘内护层3，碳纤维发热层4，云母带绕包层5，陶瓷 橡胶层6，绝缘外护层7，外护套8，内环槽9，内卡髓10，外环槽11，外卡髓12。
【具体实施方式】
[0046] 实施例1
[0047] 如图1~图4所示，本发明设及的一种油井抽油杆碳纤维加热电缆，包括设在中屯、 的铜导体1，该铜导体1是由无氧铜杆通过挤压机挤压而成，所述铜导体1的直径为(65.2mm。 在铜导体1外面依次设有导体绝缘层、碳纤维发热层4、碳纤维绝缘层和外护套8。
[0048] 所述导体绝缘层由内至外依次由陶瓷橡胶层2和绝缘内护层3构成。所述碳纤维绝 缘层由内至外依次由云母带绕包层5、陶瓷橡胶层6和绝缘外护层7构成。
[0049] 所述陶瓷橡胶层2和6按重量份数计包含成份如下:娃橡胶40公斤、陶瓷粉25公斤、 玻璃粉15公斤、石英粉10公斤、云母粉8公斤、气相法白碳黑10公斤、偶联剂0.5公斤、软化剂 5公斤、双二五硫化剂0.8公斤。
[0化0] 所述娃橡胶优选为甲基娃橡胶，其口尼粘度ML( 1+4) 180°C为30~35、乙締含量为 63%。其作用是作为主体材料，具有耐低溫-50°C和高溫180°C特性，在高溫300°CW上不产 生碳化物，W达到本发明所需电缆性能。
[0051] 所述陶瓷粉粒度为3000目，耐溫为1200°C。该陶瓷粉在300°CW下主要起填充、绝 缘作用，在超过300°C高溫时陶瓷粉具有结壳、高溫绝缘、无炭化作用。
[0052] 所述玻璃粉的纯度大于等于95%，粒度为325目，耐溫为400°C。该玻璃粉在高溫时 具有结壳、高溫绝缘特性，使形成的绝缘层具有较大机械强度，能承受一定机械冲击力，在 高溫或受潮情况下仍具有优异的电气绝缘性能，能够确保电缆在高溫燃烧、机械敲击和淋 水条件下保持一段时间的正常工作。
[0053] 所述石英粉耐溫可达1250°C，具有使娃橡胶快速结壳作用。所述云母粉粒度为400 目，用于提高电缆的耐高溫绝缘性能。所述气相法白碳黑能给娃橡胶提供最好的补强作用。 所述偶联剂优选用硅烷偶联剂，用于使各种原料很好的结合起来。所述软化剂为硬脂酸或 甲基硅油，用于调节陶瓷橡胶层的柔软性，使其便于挤出加工。
[0054] 所述双二五硫化剂能够使橡胶分子链起交联反应，使线形分子形成立体网状结 构，提高电缆机械性能和绝缘性能。
[0055] 所述绝缘内护层3是由单层云母带搭接绕包而成，其搭接率大于等于15%。所述绝 缘外护层7是由双层云母带搭接绕包而成。
[0056] 如图1和图5所示，在导体绝缘层上均布设有内环槽9,并在碳纤维发热层4外围位 于每个内环槽9处分别卡设有内卡髓10,碳纤维发热层4通过多个内卡髓10与铜导体1电联 接，形成相互并联的多个电阻R;在碳纤维绝缘层上均布有外环槽11，在外环槽11内分别设 有卡固在碳纤维发热层4上的外卡髓12,碳纤维发热层4通过多个外卡髓12与外护套8电联 接，通过外护套8接地形成多个电阻R的并联回路。所述外卡髓12分别位于相邻二个内卡髓 10之间的中间位置，所述内环槽9和外环槽11的轴向宽度为20mm，相邻二个内环槽9或外环 槽11的间距为2~42M。
[0057] 所述碳纤维发热层4是由一根或多根碳纤维发热体绞合在绝缘内护层3上形成，碳 纤维发热体的节距为碳纤维发热层4外径的25-28倍。本实施例Wl根12K碳纤维发热体为 例，相邻二个内环槽9的间距为9m。
[0058] 所述外护套8为钢带沿纵缝焊接拉制而成，外护套8与绝缘外护层7之间紧密无间 隙。
[0059] 本实施例设及的所述油井抽油杆碳纤维加热电缆的制造方法，包含步骤如下：
[0060] 1、导体挤压
[0061 ] 选用直径为O 8mm的无氧铜杆，经过高溫挤压机挤压成型后得到O 5.2mm的铜导体 1，挤压后可降低铜导体1的电阻率。
[0062] 2、制作导体绝缘层
[0063] 1)将上述制备所述陶瓷橡胶层2的原料放入炼胶机中进行混炼，控制混炼溫度为 50°C，混炼时间为20min。混炼后通过滤胶机进行过滤得到所需陶瓷橡胶;所述滤胶机的过 滤网设置为S层，由内至外依次为20目、40目、60目。
[0064] 将制备的陶瓷橡胶加入娃橡胶挤出机，通过娃橡胶挤出机将陶瓷橡胶挤出包裹在 铜导体1外面形成陶瓷橡胶层2,控制陶瓷橡胶层2的厚度为0.8±0.1mm，使其表面光滑平 整、不偏屯、;然后进入硫化管道进行连续硫化;控制硫化管道压力为0.8±0.05Mpa、溫度为 170±5°C。
[0065] 2)通过工频火花试验机进行火花打压试验，试验电压值IOKv，试验率要达到 100%;再用单层云母带搭接绕包形成绝缘内护层3,控制其搭接率含15%，控制绝缘内护层 3外径为07.1±0.15mm;通过所述陶瓷橡胶层2和绝缘内护层3组成导体绝缘层。
[0066] 3、制作碳纤维发热层
[0067] 在导体绝缘层上按间距为9m均布开设若干个内环槽9,通过每个内环槽則尋铜导体 1外缘露出，控制内环槽9的轴向宽度为20mm。将1根12K碳纤维发热体绞合在绝缘内护层3上 形成碳纤维发热层4。
[0068] 在碳纤维发热层4上对应每个内环槽9处分别用内卡髓10将碳纤维发热体与铜导 体1卡牢，同时确保内卡髓10外径 < 碳纤维发热层4外径，使碳纤维发热层4通过多个内卡髓 10与铜导体1电联接，形成相互并联的多个电阻R。
[0069] 4、制作碳纤维绝缘层
[0070] 1)在碳纤维发热层4外面搭接缠绕单层云母带形成云母带绕包层5,控制云母带绕 包层5的搭接率> 15%，外径为0 9.8±0.15mm。
[0071] 2)通过娃橡胶挤出机将步骤2制备的陶瓷橡胶挤出包裹在云母带绕包层5外面形 成陶瓷橡胶层6,控制陶瓷橡胶层6的厚度为0.8±0.1mm，使陶瓷橡胶层6表面光滑平整、不 偏屯、;然后进入硫化管道进行连续硫化，控制硫化管道压力为0.8±0.05Mpa、溫度为170±5 r。
[0072] 3)通过工频火花试验机进行火花打压试验，试验电压值IOKv，试验率要达到 100% ;再用双层云母带搭接绕包形成绝缘外护层7，控制绝缘外护层7绕包外径为O 11.7 ± 0.15mm。通过云母带绕包层5、外部的陶瓷橡胶层6和绝缘外护层7形成碳纤维绝缘层。
[0073] 5、在碳纤维绝缘层上均布开设多个外环槽11，使每个外环槽11分别对应位于相邻 二个内环槽9之间的中间位置，控制外环槽11的轴向宽度为20mm，通过每个外环槽11将碳纤 维发热层4露出一圈。在每个外环槽11内分别卡入外卡髓12将碳纤维发热层4卡牢，并使外 卡髓12外径略大于绝缘外护层7的外径0.05~0.35mm。
[0074] 6、制作外护套
[0075] 根据绝缘外护层7绕包后电缆外径和成品电缆的外径，确定所需钢带宽度和厚度； 将钢带通过电缆钢护套纵包焊接机卷曲并沿钢带卷曲后的纵缝焊接拉制形成外护套8套设 在绝缘外护层7的外面，确保外护套8紧压后与外卡髓12紧密接触，使碳纤维发热层4通过多 个外卡髓12与外护套8电联接；最终达到成品电缆要求外径，同时达到电缆结构紧密无间 隙。
[0076] 7、最后进行铜导体1与外护套8的直流电阻检测，即可制成成品电缆。
[0077] 实施例2
[0078] 如图1~图4所示，本发明设及的一种油井抽油杆碳纤维加热电缆，包括设在中屯、 的铜导体1，该铜导体1是由无氧铜杆通过挤压机挤压而成，所述铜导体1的直径为(65.2mm。 在铜导体1外面依次设有导体绝缘层、碳纤维发热层4、碳纤维绝缘层和外护套8。
[0079] 所述导体绝缘层由内至外依次由陶瓷橡胶层2和绝缘内护层3构成。所述碳纤维绝 缘层由内至外依次由云母带绕包层5、陶瓷橡胶层6和绝缘外护层7构成。
[0080] 所述陶瓷橡胶层2和6按重量份数计包含成份如下:娃橡胶45公斤、陶瓷粉20公斤、 玻璃粉20公斤、石英粉5公斤、云母粉10公斤、气相法白碳黑5公斤、偶联剂讼斤、软化剂2公 斤、双二五硫化剂1公斤。
[0081] 所述碳纤维发热层4是由一根或多根碳纤维发热体绞合在绝缘内护层3上形成，碳 纤维发热体的节距为碳纤维发热层4外径的25-28倍。本实施例W6根12K碳纤维发热体为 例，相邻二个内环槽9的间距W 30m为例。
[0082] 本实施例所公开的油井抽油杆碳纤维加热电缆其它结构同实施例1，本实施例不 再寶述。
[0083] 本实施例设及的所述油井抽油杆碳纤维加热电缆的制造方法，包含步骤如下：
[0084] 1、导体挤压
[0085] 选用直径为O 8mm的无氧铜杆，经过高溫挤压机挤压成型后得到O 5.2mm的铜导体 1，挤压后可降低铜导体1的电阻率。
[0086] 2、制作导体绝缘层
[0087] 1)将上述制备所述陶瓷橡胶层2的原料放入炼胶机中进行混炼，控制混炼溫度为 60°C，混炼时间为15min。混炼后通过滤胶机进行过滤得到所需陶瓷橡胶;所述滤胶机的过 滤网设置为S层，由内至外依次为20目、40目、60目。
[0088] 将制备的陶瓷橡胶加入娃橡胶挤出机，通过娃橡胶挤出机将陶瓷橡胶挤出包裹在 铜导体1外面形成陶瓷橡胶层2,控制陶瓷橡胶层2的厚度为0.8±0.1mm，使其表面光滑平 整、不偏屯、;然后进入硫化管道进行连续硫化;控制硫化管道压力为0.8±0.05Mpa、溫度为 170±5°C。
[0089] 2)通过工频火花试验机进行火花打压试验，试验电压值IOKv，试验率要达到 100%;再用单层云母带搭接绕包形成绝缘内护层3,控制其搭接率含15%，控制绝缘内护层 3外径为07.1±0.15mm;通过所述陶瓷橡胶层2和绝缘内护层3组成导体绝缘层。
[0090] 3、制作碳纤维发热层
[0091] 在导体绝缘层上按间距为30m均布开设若干个内环槽9,通过每个内环槽則尋铜导 体1外缘露出，控制内环槽9的轴向宽度为20mm;将6根12K碳纤维发热体绞合在绝缘内护层3 上形成碳纤维发热层4。
[0092] 在碳纤维发热层4上对应每个内环槽9处分别用内卡髓10将碳纤维发热体与铜导 体I卡牢，同时确保内卡髓10外径 < 碳纤维发热层4外径，使碳纤维发热层4通过多个内卡髓 10与铜导体1电联接，形成相互并联的多个电阻R。
[0093] 4、制作碳纤维绝缘层
[0094] 1)在碳纤维发热层4外面搭接缠绕单层云母带形成云母带绕包层5,控制云母带绕 包层5的搭接率> 15%，外径为0 9.8±0.15mm。
[00M] 2)通过娃橡胶挤出机将步骤2制备的陶瓷橡胶挤出包裹在云母带绕包层5外面形 成陶瓷橡胶层6,控制陶瓷橡胶层6的厚度为0.8±0.1mm，使陶瓷橡胶层6表面光滑平整、不 偏屯、;然后进入硫化管道进行连续硫化，控制硫化管道压力为0.8±0.05Mpa、溫度为170±5 r。
[0096] 3)通过工频火花试验机进行火花打压试验，试验电压值IOKv，试验率要达到 100% ;再用双层云母带搭接绕包形成绝缘外护层7，控制绝缘外护层7绕包外径为O 11.7 ± 0.15mm。通过云母带绕包层5、外部的陶瓷橡胶层6和绝缘外护层7形成碳纤维绝缘层。
[0097] 5、在碳纤维绝缘层上均布开设多个外环槽11，使每个外环槽11分别对应位于相邻 二个内环槽9之间的中间位置，控制外环槽11的轴向宽度为20mm，通过每个外环槽11将碳纤 维发热层4露出一圈。在每个外环槽11内分别卡入外卡髓12将碳纤维发热层4卡牢，并使外 卡髓12外径略大于绝缘外护层7的外径0.05~0.35mm。
[0098] 6、制作外护套
[0099] 根据绝缘外护层7绕包后电缆外径和成品电缆的外径，确定所需钢带宽度和厚度； 将钢带通过电缆钢护套纵包焊接机卷曲并沿钢带卷曲后的纵缝焊接拉制形成外护套8套设 在绝缘外护层7的外面，确保外护套8紧压后与外卡髓12紧密接触，使碳纤维发热层4通过多 个外卡髓12与外护套8电联接；最终达到成品电缆要求外径，同时达到电缆结构紧密无间 隙。
[0100] 7、最后进行铜导体1与外护套8的直流电阻检测，即可制成成品电缆。
[0101] 实施例3
[0102] 如图1~图4所示，本发明设及的一种油井抽油杆碳纤维加热电缆，包括设在中屯、 的铜导体1，该铜导体1是由无氧铜杆通过挤压机挤压而成，所述铜导体1的直径为(65.2mm。 在铜导体1外面依次设有导体绝缘层、碳纤维发热层4、碳纤维绝缘层和外护套8。
[0103] 所述导体绝缘层由内至外依次由陶瓷橡胶层2和绝缘内护层3构成。所述碳纤维绝 缘层由内至外依次由云母带绕包层5、陶瓷橡胶层6和绝缘外护层7构成。
[0104] 所述陶瓷橡胶层2和6按重量份数计包含成份如下:娃橡胶42公斤、陶瓷粉18公斤、 玻璃粉17公斤、石英粉8公斤、云母粉9公斤、气相法白碳黑8公斤、偶联剂0.8公斤、软化剂4 公斤、双二五硫化剂0.9公斤。
[0105] 所述碳纤维发热层4是由一根或多根碳纤维发热体绞合在绝缘内护层3上形成，碳 纤维发热体的节距为碳纤维发热层4外径的25-28倍。本实施例W12根12K碳纤维发热体为 例，相邻二个内环槽9的间距W 42m为例。
[0106] 本实施例所公开的油井抽油杆碳纤维加热电缆其它结构同实施例1，本实施例不 再寶述。
[0107] 本实施例设及的所述油井抽油杆碳纤维加热电缆的制造方法，包含步骤如下：
[010引1、导体挤压
[0109] 选用直径为O 8mm的无氧铜杆，经过高溫挤压机挤压成型后得到O 5.2mm的铜导体 1，挤压后可降低铜导体1的电阻率。
[0110] 2、制作导体绝缘层
[0111] 1)将上述制备所述陶瓷橡胶层2的原料放入炼胶机中进行混炼，控制混炼溫度为 55°C，混炼时间为18min。混炼后通过滤胶机进行过滤得到所需陶瓷橡胶;所述滤胶机的过 滤网设置为S层，由内至外依次为20目、40目、60目。
[0112] 将制备的陶瓷橡胶加入娃橡胶挤出机，通过娃橡胶挤出机将陶瓷橡胶挤出包裹在 铜导体1外面形成陶瓷橡胶层2,控制陶瓷橡胶层2的厚度为0.8±0.1mm，使其表面光滑平 整、不偏屯、;然后进入硫化管道进行连续硫化;控制硫化管道压力为0.8±0.05Mpa、溫度为 170±5°C。
[0113] 2)通过工频火花试验机进行火花打压试验，试验电压值IOKv，试验率要达到 100%;再用单层云母带搭接绕包形成绝缘内护层3,控制其搭接率含15%，控制绝缘内护层 3外径为07.1±0.15mm;通过所述陶瓷橡胶层2和绝缘内护层3组成导体绝缘层。
[0114] 3、制作碳纤维发热层
[0115] 在导体绝缘层上按间距42m均布开设若干个内环槽9,通过每个内环槽9将铜导体1 外缘露出，控制内环槽9的轴向宽度为20mm;将12根12K碳纤维发热体绞合在绝缘内护层3上 形成碳纤维发热层4。
[0116] 在碳纤维发热层4上对应每个内环槽9处分别用内卡髓10将碳纤维发热体与铜导 体1卡牢，同时确保内卡髓10外径 < 碳纤维发热层4外径，使碳纤维发热层4通过多个内卡髓 10与铜导体1电联接，形成相互并联的多个电阻。
[0117] 4、制作碳纤维绝缘层
[0118] 1)在碳纤维发热层4外面搭接缠绕单层云母带形成云母带绕包层5,控制云母带绕 包层5的搭接率> 15%，外径为0 9.8±0.15mm。
[0119] 2)通过娃橡胶挤出机将步骤2制备的陶瓷橡胶挤出包裹在云母带绕包层5外面形 成陶瓷橡胶层6,控制陶瓷橡胶层6的厚度为0.8±0.1mm，使陶瓷橡胶层6表面光滑平整、不 偏屯、;然后进入硫化管道进行连续硫化，控制硫化管道压力为0.8±0.05Mpa、溫度为170±5 r。
[0120] 3)通过工频火花试验机进行火花打压试验，试验电压值IOKv，试验率要达到 100% ;再用双层云母带搭接绕包形成绝缘外护层7，控制绝缘外护层7绕包外径为O 11.7 ± 0.15mm。通过云母带绕包层5、外部的陶瓷橡胶层6和绝缘外护层7形成碳纤维绝缘层。
[0121] 5、在碳纤维绝缘层上均布开设多个外环槽11，使每个外环槽11分别对应位于相邻 二个内环槽9之间的中间位置，控制外环槽11的轴向宽度为20mm，通过每个外环槽11将碳纤 维发热层4露出一圈。在每个外环槽11内分别卡入外卡髓12将碳纤维发热层4卡牢，并使外 卡髓12外径略大于绝缘外护层7的外径0.05~0.35mm。
[0122] 6、制作外护套
[0123] 根据绝缘外护层7绕包后电缆外径和成品电缆的外径，确定所需钢带宽度和厚度； 将钢带通过电缆钢护套纵包焊接机卷曲并沿钢带卷曲后的纵缝焊接拉制形成外护套8套设 在绝缘外护层7的外面，确保外护套8紧压后与外卡髓12紧密接触，使碳纤维发热层4通过多 个外卡髓12与外护套8电联接；最终达到成品电缆要求外径，同时达到电缆结构紧密无间 隙。
[0124] 7、最后进行铜导体I与外护套8的直流电阻检测，即可制成成品电缆。
[0125] 通过上述实施例制成的加热电缆与现有加热电缆的性能参数对比如表1所示：
[0126]
[0127] 表1
[0128] 通过表1数据可W得出，本发明公开的油井抽油杆碳纤维加热电缆其电热转换效 率高，可达到98%，可实现节能达到30% W上。使用溫度可达到600°C，防潮绝缘效果好，安 全性能高。制造长度可达到2000米W上且无横缝焊接，抗拉性能强，不易断裂。
[0129] 尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列 运用，它完全可W被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地 实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限 于特定的细节和运里示出与描述的图例。
【主权项】
1. 一种油井抽油杆碳纤维加热电缆，包括设在中心的铜导体，其特征是:在铜导体外面 依次设有导体绝缘层、碳纤维发热层、碳纤维绝缘层和外护套，所述导体绝缘层和碳纤维绝 缘层内分别含有陶瓷橡胶层，在导体绝缘层上均布设有内环槽并在碳纤维发热层上位于每 个内环槽处分别卡设有内卡箍，碳纤维发热层通过多个内卡箍与铜导体电联接，形成相互 并联的多个电阻;在碳纤维绝缘层上均布有外环槽并在外环槽内分别设有外卡箍，碳纤维 发热层通过多个外卡箍与外护套电联接，通过外护套接地形成所述多个电阻的并联回路； 所述外卡箍分别位于相邻二个内卡箍的中间位置，所述外护套为钢带沿纵缝焊接拉制而 成。2. 根据权利要求1所述的一种油井抽油杆碳纤维加热电缆，其特征是:所述导体绝缘层 由内至外依次由所述陶瓷橡胶层和绝缘内护层构成。3. 根据权利要求1所述的一种油井抽油杆碳纤维加热电缆，其特征是:所述碳纤维绝缘 层由内至外依次由云母带绕包层、所述陶瓷橡胶层和绝缘外护层构成。4. 根据权利要求1~3任意一项所述的一种油井抽油杆碳纤维加热电缆，其特征是:所 述陶瓷橡胶层按重量份数计包含成份如下：硅橡胶40-45份、陶瓷粉20-25份、玻璃粉15-20 份、石英粉5-10份、云母粉8-10份、气相法白碳黑5-10份、偶联剂0.5-1份、软化剂2-5份、双 二五硫化剂0.8-1份。5. 根据权利要求1所述的一种油井抽油杆碳纤维加热电缆，其特征是:所述内环槽和外 环槽的轴向宽度为20mm，相邻二个内环槽或外环槽的间距为2~42M。6. 根据权利要求1所述的一种油井抽油杆碳纤维加热电缆，其特征是:所述碳纤维发热 层是由一根或多根碳纤维发热体绞合在导体绝缘层上形成，碳纤维发热体绞合的节距为碳 纤维发热层外径的25-28倍。7. 根据权利要求4所述的一种油井抽油杆碳纤维加热电缆，其特征是:所述硅橡胶为甲 基硅橡胶，其门尼粘度ML(1+4)180°C为30~35、乙烯含量为63%。8. 根据权利要求4所述的一种油井抽油杆碳纤维加热电缆，其特征是:所述陶瓷粉粒度 为3000目、耐温为1200 °C。9. 根据权利要求4所述的一种油井抽油杆碳纤维加热电缆，其特征是:所述玻璃粉的纯 度大于等于95%，该玻璃粉粒度为325目、耐温为400°C。10. -种如权利要求1所述的油井抽油杆碳纤维加热电缆的制造方法，其特征是包含步 骤如下： (1) 导体挤压 选用直径略大于所需铜导体规格的无氧铜杆，经过高温挤压机挤压成型得成所需规格 的铜导体，用于降低铜导体的电阻率； (2) 制作导体绝缘层 a、 通过硅橡胶挤出机将陶瓷橡胶挤出包裹在铜导体外面形成内部的陶瓷橡胶层，使陶 瓷橡胶层表面光滑平整、不偏心;然后进入硫化管道进行连续硫化； b、 用云母带搭接绕包形成绝缘内护层，通过内部的陶瓷橡胶层和绝缘内护层组成导体 绝缘层； (3) 制作碳纤维发热层 在导体绝缘层上均布开设若干个内环槽，将一根或多根碳纤维发热体绞合在绝缘内护 层上形成碳纤维发热层，在碳纤维发热层上对应每个内环槽处分别用内卡箍将碳纤维发热 体与铜导体卡牢，使碳纤维发热层通过多个内卡箍与铜导体电联接，形成相互并联的多个 电阻； (4) 制作碳纤维绝缘层 a、 在碳纤维发热层外面搭接缠绕云母带形成云母带绕包层； b、 通过硅橡胶挤出机将陶瓷橡胶挤出包裹在云母带绕包层外面形成外部的陶瓷橡胶 层，使该陶瓷橡胶层表面光滑平整、不偏心;然后进入硫化管道进行连续硫化； c、 再用云母带搭接绕包形成绝缘外护层；通过云母带绕包层、外部的陶瓷橡胶层和绝 缘外护层形成碳纤维绝缘层； (5) 在碳纤维绝缘层上均布开设外环槽，使每个外环槽分别位于相邻二个内环槽之间 的中间位置，在每个外环槽内分别卡入外卡箍将碳纤维发热层卡牢，并使外卡箍外径略大 于绝缘外护层的外径； (6) 制作外护套 将钢带通过电缆钢护套纵包焊接机卷曲并沿钢带卷曲后的纵缝焊接拉制形成外护套 套设在碳纤维绝缘层的外面，确保外护套与外卡箍紧密接触，使碳纤维发热层通过多个外 卡箍与外护套电联接;最终达到成品电缆要求外径，同时保证电缆结构紧密无间隙。
【文档编号】H05B3/14GK105848321SQ201610369181
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年5月30日
【发明人】李萌, 李季, 刘朝鹏, 宋建昌, 栾长雨, 吴奇
【申请人】沈兴线缆集团有限公司, 李萌