Электрический кабель

Электрический кабель относится к кабельной технике и может быть использован для питания погружных электрических систем, преимущественно электродвигателей погружных нефтяных насосов. Задачей предлагаемого технического решения является увеличение срока службы при эксплуатации кабеля на глубинах до 3000 метров с температурой пластовой жидкости от 140°С до 160°С, при газовом факторе свыше 300 м³/т. Поставленную задачу решают за счет того, что электрический кабель содержит токопроводящие жилы, изолированные адгезированными слоями радиационно-модифицированного полиэтилена, оболочку, подушку и броню, при этом общая дополнительная оболочка выполнена из термопласта толщиной 0,7-1,0 мм по плоской стороне, а по боковым сторонам - 1,0-1,5 мм, и расположена поверх трех изолированных жил, уложенных в одной плоскости продольно и плотно прижатых друг к другу изоляцией, предварительно обработанной плазмой. 1 ил.

 

Изобретение относится к кабельной технике и может быть использовано для питания погружных электрических систем, преимущественно электродвигателей погружных нефтяных насосов.

На работоспособность кабелей электродвигателей погружных нефтяных насосов влияют скважинные и другие факторы:

- проникновение газа под давлением во внутренний объем изоляции, уменьшение плотности изоляции приводит к росту токов утечки - уменьшению диэлектрических свойств изоляции;

- подъем УЭЦН при присутствии газа в изоляции, уменьшение плотности изоляции, радиальные микроразрывы (микротрещины) изоляции при несоответствующих скоростях подъема УЭЦН приводят к росту токов утечки - уменьшению диэлектрических свойств изоляции;

- присутствие горячей воды более 80°С и внедрение ее в изоляцию приводит к соединению гидроксильной группы (ОН) с молекулярной структурой изоляции, приводит к уменьшению диэлектрических свойств изоляции - росту токов утечки;

- вымывание ингредиентов из изоляции (специальных добавок, увеличивающих срок эксплуатации кабеля) приводит к уменьшению диэлектрических свойств изоляции - росту токов утечки;

- внедрение маслянистых жидкостей не диэлектрического характера под давлением в изоляцию приводит к уменьшению плотности изоляционного материала, росту токов утечки;

- внедрение маслянистых жидкостей под давлением в изоляцию, в закрытом объеме под бронепокровом, приводит к сдавливанию средней жилы и утонению ее боковых стенок, результатом этого эффекта является появление продольных трещин по бокам средней жилы и росту токов утечки;

- внедрение химических веществ в объем изоляции, таких как NaCl, H₂S и других, приводит к химическому соединению с молекулярной структурой изоляции и росту токов утечки;

- высокое давление отрицательно влияет на работу изоляции.

Известен кабель КПвПБ-120, по ТУ 16. К09-119-2002 (прил.1), "Кабели силовые для установок погружных электронасосов, теплостойкие" производства ОАО "Камкабель", где медные токопроводящие жилы, двухслойная изоляция из силаносшиваемого полиэтилена, подушка из иглопробивного нетканого технического полотна и бронепокров из стальной оцинкованной ленты.

Недостатком существующей конструкции является то, что на токопроводящих жилах, согласно ГОСТ Р 51777 "Кабели для установок погружных электронасосов", изолированные жилы кабелей должны быть продольно герметичны при перепаде давления скважинной жидкости 0,02 МПа на 5 м длины в течение полутора часов.

Общие технические условия при изготовлении погружных кабелей предписывают, что изоляция должна быть двухслойная и толщиной не менее 2,5 мм. При нанесении первого слоя силаносшиваемого полиэтилена, материал проходит через расплавленное состояние и при остывании его происходит пространственная молекулярная сшивка. При наложении второго слоя в момент касания, первый слой и второй имеют разные молекулярные строения и между ними нет адгезии.

При эксплуатации кабеля такой конструкции в скважинах с повышенным содержанием газового фактора или при работе на больших глубинах (более 2000 м) между слоями изоляции вдоль кабеля поднимается газ и скважинная жидкость, что приводит к разбуханию изоляции, уменьшению плотности, внедрению не диэлектрических материалов в изоляцию, электрическому пробою и, как следствие, к сокращению срока службы кабеля (см. график прил.2).

Наиболее близким техническим решением является кабель для питания установок электропогружных насосов КПсПБП-130, на рабочую температуру 130°С, по ТУ 16 К 13-012-2002 Подольского завода НП "Подольсккабель", содержащий медную токопроводящую жилу, комбинированную изоляцию из сшитого (модифицированного полиэтилена) и несшитого полиолефина (блоксополимер пропилена с этиленом), подушку из иглопробивного полотна и бронепокров из стальной оцинкованной ленты (прил.3).

Изоляция двух слоев выполнена из полиолефинов, они изменяют свою геометрию при температуре 80°С и выше, которая отрицательно влияет на стабильность диэлектрических свойств из-за внедрения маслянистых жидкостей скважинного пласта. Поэтому данный кабель нельзя применять при температурах выше 130°С.

У этого кабеля отсутствует адгезия между слоями, так как это два разных материала по молекулярному строению. Это приводит к продольной негерметичной конструкции кабеля и, как следствие, к сокращению срока службы из-за токов утечки и преждевременного электрического пробоя изоляции.

Процент разбухания изоляции при температуре -130°С составляет 12-14% (см. график прил.2).

Вышеуказанная конструкция не отвечает требованиям ГОСТ Р 51777 "Кабели для установок погружных электронасосов. Общие технические условия". Изолированные жилы кабелей должны быть продольно герметичны при перепаде давления скважинной жидкости 0,02 МПа на 5 м длины в течение полутора часов.

Кабель такой конструкции эксплуатируется в скважинах на глубинах до 1800-2000 м с небольшим газовым фактором.

На больших глубинах конструкция должна иметь надежную адгезию между изоляционными слоями и между верхним изоляционным слоем и оболочкой, защищающей изоляцию.

Задачей предлагаемого технического решения является увеличение срока службы при эксплуатации кабеля на глубинах до 3000 м с температурой пластовой жидкости от 140°С до 160°С, при газовом факторе свыше 300 м³/т.

Поставленную задачу решают за счет того, что электрический кабель содержит токопроводящие жилы, изолированные адгезированными слоями радиационно-модифицированного полиэтилена, оболочку, подушку и броню, при этом общая дополнительная оболочка выполнена из термоэластопласта толщиной 0,7-1,0 мм по плоской стороне, а по боковым сторонам - 1,0-1,5 мм, и расположена поверх трех изолированных жил, уложенных в одной плоскости продольно и плотно прижатых друг к другу изоляцией, предварительно обработанной плазмой.

Выполнение изоляции каждой из токопроводящих жил из слоев радиационно-модифицированного полиэтилена, с одинаковой молекулярной структурой, позволяет получить достаточную степень адгезии между слоями изоляции.

Размещение химически стойкой оболочки из термоэластоллана на поверхностном слое изоляции жил, предварительно обработанном плазмой по всей поверхности, приводит к тому, что адгезия между изоляцией и термоэластолланом достигает усилия отрыва друг от друга (при ширине полосы 2 см) до 480 кН, а при отсутствии обработки плазмой поверхности изоляции сцепление отсутствует полностью.

Такое надежное соединение двух разных по молекулярному строению материалов создает комфортные условия для работы изоляции жил кабеля, похожие на работу в сухой среде, и позволяет уверенно эксплуатировать кабель предлагаемой конструкции на глубинах до 3000 м с присутствием высокого содержания газового фактора, ближе к забою - в динамическом уровне скважинной жидкости.

Толщина оболочки по плоскости выбрана оптимальной, с толщиной в диапазоне 0,7-1,0 мм и достаточна для создания прочного монолита с клиньями и удерживанием их в нужном месте с учетом обжатия бронепокрова, выполненного путем обмотки поверх общей оболочки. По боковым сторонам оболочка имеет достаточную толщину 1,0-1,5 мм, также спасает основную изоляцию от наибольшего давления бронепокрова при технологической операции покрытия оболочки.

Такая конструкция кабеля при такой компоновке материалов и чередовании слоев приводит к техническому результату, заключающемуся в том, что увеличивается срок службы при эксплуатации кабеля на глубинах до 3000 м с температурой пластовой жидкости от 140°С до 210°С, при газовом факторе свыше 300 м³/т.

Электрический кабель изображен на чертеже, где медная токопроводящая жила 1, двухслойная изоляция 2 из радиационно модифицированного полиэтилена, общая защитная оболочка из термоэластопласта 3, подушка из термоскрепленного нетканого или иглопробивного технического полотна 4, броня из стальной оцинкованной или с мельхиоровым покрытием ленты 5.

Три токопроводящие жилы 1 покрыты изоляцией из двух или нескольких слоев полиэтилена 2. Слои изоляции 2 выполнены из одинакового пространственно модифицированного полиэтилена высокой плотности, и поверх трех, параллельно расположенных и прижатых плотно друг к другу и на поверхностном слое изоляции, предварительно обработанном плазмой для усиления адгезии между материалами разной молекулярной структуры, размещена дополнительным слоем общая оболочка 3, выполненная из термоэластопласта, например, эластоллана, толщиной по плоским сторонам в диапазоне 0,7-1,0 мм, а по боковым сторонам 1,0-1,5 мм. Кабель сверху защищен броней из стальной оцинкованной или с мельхиоровым покрытием ленты 5.

Толщина термоэластопласта мнее 0,7 мм приводит к ослаблению данной конструкции, а больше 1.5 мм приводит к завышенному расходу материала.

Электрический кабель, содержащий токопроводящие жилы, изолированные адгезированными слоями радиационно-модифицированного полиэтилена, оболочку, подушку и броню, отличающийся тем, что общая дополнительная оболочка выполнена из термоэластопласта толщиной 0,7-1,0 мм по плоской стороне, а по боковым сторонам - 1,0-1,5 мм, и расположена поверх трех изолированных жил, уложенных в одной плоскости продольно и плотно прижатых друг к другу изоляцией, предварительно обработанной плазмой.