智能脐带缆系统的制作方法

本实用新型涉及脐带缆技术领域，特别是涉及一种智能脐带缆系统。

背景技术：

脐带缆(umbilical)作为水下生产系统是深水油气田的一种重要开发模式，是连接上部设施和水下生产系统之间的“神经/生命”线，是电缆(动力缆或信号缆)、光缆(单模或多模光缆)、液压或化学药剂管(钢管或软管)等的组合。

脐带缆的主要功能有：1、为水下生产系统提供电力；2、为水下生产系统控制提供液压通道；3、提供油气田开发所需化学药剂管线；4、传递上部模块的控制信号及水下生产系统传感器数据。脐带缆有静态和动态部分组成，可根据顾客要求定制成静态与动态集成的单根或分段脐带缆；将原有软管技术升级为不锈钢管，大大增加了其抗腐蚀性和其他功能；该产品具有相当高强度，可承受敷设或打捞时张力和外界压力，可靠性高。

1961年壳牌在墨西哥湾应用了第一根全液压软管脐带缆；1982年脐带缆第一次应用钢管代替热塑管作为液压管线；2005年nexans公司为bp公司研制和生产世界首个含高压(24kv)电缆的脐带缆长26km，aker公司首次将碳纤维材料应用于脐带缆；2005年世界上单根最长的脐带缆应用于挪威snohvit油田，长度达143km；duco生产的单根最长的热塑性塑料脐带缆为31km，重达983吨，应用于exxonmobilarthur项目；2009年应用于水深最深2743米，为墨西哥湾tiger油田敷设的钢管脐带缆；已经应用的单位长度最重的脐带缆为170kg/km，由duco生产，直径为320mm，用于petrocanada的terranova项目中。

脐带缆主要类型有：热塑软管脐带缆、钢管脐带缆、动力电缆复合脐带缆和综合功能脐带缆。脐带缆国外供应商主要有：挪威akersolition、法国technipduco、挪威nexan、美国oceaneeringmultiflex、美国jdr、美国parker。国内应用脐带缆项目有：流花11-1油田、陆丰22-1油田、惠州32-5油田、惠州26-1n油田、流花4-1油田等。脐带缆通常设计流程如下：了解用户功能清单，进行组件设计，截面设计，局部分析，整体设计与分析，输出设计方案与用户对接。脐带缆未来发展趋势主要表现在长距离、超水深、高压力和高电压等。脐带缆为了所面临的挑战有：1、在深水中，脐带缆会承受较大的压力和拉伸；2、深水的增加，尤其是在超深水域中，脐带缆的悬挂负荷比较高，对其安装和运行都会带来一定的困难；3、在对超深水域中应用的脐带缆设计和分析建模时，要充分考虑压力、拉伸力和摩擦力的影响；4、研究长距离脐带缆的技术，尤其是研究单根不间断长距离脐带缆的技术是一个挑战；5、在深水中，出于重量的考虑会限制脐带缆中的铜电缆的尺寸，因此在一些应用中需要进行高压输电，电压等级的提高对脐带缆的设计和技术研究也是一种挑战。

综上所述，脐带缆无论从技术含量、制造难度，还是敷设角度等都属于高附加值产品。脐带缆价值高，受外界因素影响大，所以对脐带缆进行实时、有效的监测是非常必要的。智能脐带缆就是根据电缆的实际情况提出的一种发明创新，所以本实用新型涉及脐带缆技术领域，特别是涉及一种智能脐带缆系统。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是提供一种智能脐带缆系统。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案具体如下：

本实用新型所述的智能脐带缆系统，包括监测系统和智能脐带缆。所述智能脐带缆包括第一液体传输单元、第二液体或气体传输单元、电力传输单元、智能信息单元、通讯传输单元、控制单元和第三功能单元中的至少一个；所述第三功能单元包括加强构件单元、化学药剂单元、配重构件单元等；

所述智能脐带缆可以根据用户需求包括以上全部单元或仅包括其中的部分单元。

所述智能信息单元布置在智能脐带缆铠装层中，如果采用双层金属丝铠装，优先布置在内铠装层中。

所述第一液体传输单元、第二液体或气体传输单元、电力传输单元、通讯传输单元、控制单元或第三功能单元均布置在智能脐带缆铠装层内部。

当第一液体传输单元、第二液体或气体传输单元、电力传输单元、通讯传输单元、控制单元或第三功能单元的信息需要提取时，则在需要提取信息的分单元中加入智能信息单元。

所述智能信息单元用于监测电缆的温度、局部放电、应力应变、振动等变化及影响，同时对变化和产生影响的信号在监测系统中进行实时测量，为人为判定和决策提供依据。

本实用新型所述的智能脐带缆系统，所述监测系统包括工控机、交换机、监测仪和app用户端；所述智能信息单元接入监测仪的输入接口，所述监测仪的输出接口接入交换机后与所述工控机连接，所述工控机与所述app用户端进行无线数据传输。

本实用新型所述的智能脐带缆，其中，所述智能信息单元包括光纤、加强构件及护套，所述智能信息单元的光纤和加强构件位于护套内，所述智能信息单元的光纤为单模光纤或多模光纤。智能信息单元两侧设有加强线进行保护。

本实用新型所述的智能脐带缆，其中，所述铠装层采用单层或双层金属丝铠装，金属丝可以为圆形，也可以是矩形等其他形状，优先选用双层金属丝铠装。

本实用新型所述的智能脐带缆，其中，所述铠装层内设有一层内衬层，内衬层可以采用绕包、缠绕或挤包结构，内衬层采用的非金属材料耐温等级与电力传输单元耐温等级相适应。

本实用新型所述的智能脐带缆，其中，所述第一液体传输单元、第二液体或气体传输单元、电力传输单元、通讯传输单元、控制单元或第三功能单元均布置在内衬层内部，根据用户需求可以是全部单元也可能是其中的部分单元，各单元在内衬层内部的具体位置可以灵活设计。

本实用新型所述的智能脐带缆，其中，所述液体传输单元、气体传输单元、电力传输单元、智能信息单元、通讯传输单元、控制单元和(或)其他功能单元的结构均需根据用户需求进行设计。

本实用新型所述的智能脐带缆，其中，所述智能脐带缆铠装层的外侧设有外被层，所述外被层可以采用绕包、缠绕或挤包结构，外被层通常增加防腐涂层，必要时采取措施防止海洋生物生长。

本实用新型所述的智能脐带缆，其中，所述通讯传输单元的光纤芯数可以为12芯、24芯、36芯或更多芯。

本实用新型所述的智能脐带缆，其中，所述电力传输单元的导体采用圆形或异形绞合结构，并经阻水处理。

本实用新型所述的智能脐带缆，其中，所述电力传输单元的绝缘层采用交联聚乙烯或乙丙橡胶或改性聚丙烯或粘性浸渍纸或聚丙烯复合纤维纸作为绝缘层材料；当采用交联聚乙烯或乙丙橡胶或改性聚丙烯作为绝缘材料时，绝缘层采用共挤包结构，当采用粘性浸渍纸或聚丙烯复合纤维纸作为绝缘材料时，绝缘层采用绕包结构，其电压等级及导体截面积根据用户需求确定。

同现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型在智能脐带缆中加入智能信息单元，使得脐带缆包括了第一液体传输单元、第二液体或气体传输单元、电力传输单元、智能信息单元、通讯传输单元、控制单元或第三功能单元，传输电力线路的同时(脐带缆根据用户需求包括以上单元或仅包括其中部分单元)，添加的智能信息单元使得脐带缆的运行状态在线被实时监测，比如弯曲应力、拉伸应力及周围环境的振动等信息通过智能信息单元经监测仪测量后实时反馈给交换机，交换机再上传给工控机，如果用户需要实时获得电缆信息，则可传送至app用户服务端，以保障电缆系统的安全运行。比如作为分单元的电力传输单元的运行信息(比如电缆的温升、电缆内部的局部放电等)，也可以通过分单元添加的智能信息单元将电缆的内部信息，通过智能信息单元经监测仪测量后实时反馈给交换机，交换机再上传给工控机，如果用户需要实时获得电缆信息。

本实用新型中采用的智能脐带缆系统具有以下优点：

1)脐带缆的运行信息得到实时、无间断、全线路连续性监测；

2)对于超出设计界限的危害信息及时得到测量和定位；

3)脐带缆受到振动、位移、拉力、冲击及负荷等机械伤害将得到测量和定位；

4)利用现在互联网技术与每一个管理者进行信息互联；

5)为接入泛在物联网系统创造条件。

下面结合附图说明和具体实施例对本实用新型的智能脐带缆系统作进一步说明。

附图说明

图1为智能脐带缆系统的示意图；

图2为智能脐带缆的截面示意图。

具体实施方式

如图1所示，一种智能脐带缆系统，包括监测系统单元和智能脐带缆。

如图2所示，智能脐带缆括第一液体传输单元105(即主液体传输单元)、第二液体传输单元106(在其他有益实施例中，根据实际需要也可以设为第二气体传输单元)、电力传输单元107、智能信息单元101、通讯传输单元103、控制单元104和第三功能单元108；

第三功能单元108包括加强构件单元、化学药剂单元、配重构件单元等；

在其他有益实施例中，智能脐带缆可根据用户需求包括以上单元或仅包括其中部分单元。

智能信息单元101布置在智能脐带缆铠装层中；第一液体传输单元105、第二液体传输单元106、电力传输单元107、通讯传输单元103、控制单元104和第三功能单元108均布置在智能脐带缆铠装层内部；智能脐带缆铠装层包括内铠装层110和外铠装层111；所述智能信息单元101布置在内铠装层110中。

在其他有益实施例中，如果第一液体传输单元105、第二液体传输单元106、电力传输单元107、通讯传输单元103、控制单元104和第三功能单元108的信息需要提取，也可以根据需求在各个分单元中加入智能信息单元101。

如图1所示，监测系统单元包括工控机1、交换机2、监测仪3和app用户端5；所述脐带缆智能信息单元接入监测仪3的输入接口，所述监测仪3的输出接口接入交换机2后与所述工控机1连接；所述工控机1与所述app用户端5进行无线数据传输，以便用户实时获得弯曲应力、拉伸应力、周围环境的振动及温度、局部放电等信息，从而保障智能脐带缆系统安全运行。

智能信息单元101包括光纤、加强构件及护套，智能信息单元101中的光纤和加强构件位于护套内，智能信息单元101的光纤为单模光纤或多模光纤，光纤接入监测仪中，用于监测电缆的温度、局部放电、应力应变、振动等变化及影响，同时对变化和产生影响的信号在监测系统中进行实时测量。智能信息单元101是基于光纤拉曼散射现象，激光器光源发出的光脉冲与光纤分子相互作用发生散射，散射光有多种类型，如：瑞利(rayleigh)散射、布里渊(brillouin)散射和拉曼(raman)散射等，其中拉曼散射是与光纤分子的热振动相关联的，因而对温度、自身长度、直径和折射率等有敏感，可以用来进行温度测量、振动检测、拉伸压缩检测、变形检测等。在光纤中，散射信号是连续的，通过使用高速信号采集技术测量入射光和拉曼散射光之间的时间间隔，可以得到拉曼散射光发生的位置，利用拉曼散射光的相应敏感性，可以沿着光纤测量到相应的应力应变、振动及温度分布等，从而实现相关信息的来源。智能信息单元101两侧有加强线进行保护。

智能脐带缆铠装层采用双层金属丝铠装，金属丝为圆形。在其他有益实施例中，也可以是矩形等其他形状，另外，也可选用单层金属丝铠装。

智能脐带缆铠装层内设有一层内衬层109，内衬层109可以采用绕包、缠绕或挤包结构，内衬层109采用的非金属材料耐温等级与电力传输单元107的耐温等级相适应。

第一液体传输单元105、第二液体传输单元106、电力传输单元107、通讯传输单元103、控制单元104和第三功能单元108均布置在内衬层109内部。各单元在内衬层内部的具体位置可以灵活设计。

第一液体传输单元105、第二液体传输单元106、电力传输单元107、智能信息单元101、通讯传输单元103、控制单元104和第三功能单元108的结构均可根据用户需求进行设计。

智能脐带缆铠装层的外侧设有外被层112，外被层112采用绕包、缠绕或挤包结构，外被层112外表面涂有防腐涂层，必要时采取措施防止海洋生物生长。

通讯传输单元103的光纤芯数可以为12芯、24芯、36芯或更多芯。

电力传输单元107的导体采用圆形或异形绞合结构，并经阻水处理。

电力传输单元107的绝缘层采用交联聚乙烯或乙丙橡胶或改性聚丙烯或粘性浸渍纸或聚丙烯复合纤维纸作为绝缘层材料；当采用交联聚乙烯或乙丙橡胶或改性聚丙烯作为绝缘材料时，绝缘层采用共挤包结构，当采用粘性浸渍纸或聚丙烯复合纤维纸作为绝缘材料时，绝缘层采用绕包结构，其电压等级及导体截面积可根据用户需求确定。

以上所述的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本实用新型权利要求书确定的保护范围内。