Геофизический бронированный кабель для исследования нефтяных и газовых скважин

Изобретение относится к кабелям для геофизических исследований. Кабель состоит из одной или нескольких изолированных токопроводящих жил, покрытых одной, или двумя, или тремя парами слоев брони и наружной полимерной оболочкой, причем каждый слой наружной пары выполнен с шагом свивки, равным 8÷12 кратному диаметру свиваемого слоя, и с зазорами между проволоками, обеспечивающими 60÷70% заполнение слоя от плотной укладки, а оставшаяся свободная часть (30÷40%) обоих слоев брони наружной пары заполняется полимерным материалом наружной оболочки. Технический результат: повышение разрывной прочности кабеля в целом и адгезионной прочности полимерной оболочки к поверхности проволок наружной пары брони, увеличение коррозионной защиты кабеля от агрессивной скважинной жидкости. 2 ил.

 

Изобретение относится к кабельной промышленности и может быть использовано для геофизических методов исследования нефтяных и газовых скважин приборами, закрепленными на кабеле.

Известны серийно выпускаемые грузонесущие геофизические кабели, имеющие конструкцию из 1-7 электроизолированных токопроводящих жил, два или четыре слоя брони из стальной оцинкованной проволоки и наружную оболочку из полимерного материала (ГОСТ Р 51978-2002 «Кабели грузонесущие геофизические бронированные. Общие технические условиям). Эти кабели имеют основной недостаток - низкая адгезионная прочность покрытия к стальной поверхности проволок, отсюда недостаточная работоспособность кабеля в целом.

Известен геофизический бронированный кабель, состоящий из токопроводящих жил, электрической изоляции, двухслойного повива брони, отличающийся тем, что поверх этой брони нанесено покрытие из пластичного материала толщиной 1,5÷2,5 мм, дополнительная двухслойная броня с промежутками между отдельными проволоками в наружном слое, поверх которой нанесено общее покрытие, заполняющее промежутки между проволоками (Патент РФ №2087929, 1997 г., G01V 3/18). Конструкция кабеля имеет промежутки между проволоками наружного слоя дополнительной брони и заполнение их полимерным материалом наружной оболочки, но этого является недостаточным для увеличения адгезионной прочности наружной оболочки к поверхности проволок брони.

Кроме того, использование промежуточного полимерного покрытия приводит к увеличению диаметра и массы кабеля, что уменьшает возможность его широкого применения.

Известен грузонесущий геофизический кабель, содержащий одну или несколько изолированных токопроводящих жил, покрытых двумя или тремя парами слоев брони с противоположно направленными витками проволок в каждой паре, при этом в верхнем слое брони проволоки могут быть уложены с уменьшением до 50% плотности укладки проволок в слое, а промежутки между проволоками заполнены полимерным материалом (Патент РФ №2209450, G01V 1/52) - принят за прототип.

Замечания по данному кабелю следующие.

Укладка проволок с 50% заполняемостью слоя от плотной приводит к значительному снижению агрегатной прочности кабеля, а в случае использования кабеля в горизонтальных скважинах к уменьшению его осевой жесткости.

Заполнение промежутков между проволоками только верхнего слоя наружной пары брони не обеспечивает должной адгезионной прочности наружной оболочки к поверхности проволок и, следовательно, не гарантирует длительной работы кабеля в промышленных условиях.

Недостаточная адгезионная прочность наружной оболочки к поверхности проволоки наружной пары брони не обеспечивает необходимой защиты кабеля от агрессивной скважинной жидкости.

Техническим результатом заявленного изобретения является повышение адгезионной прочности наружной оболочки к поверхности проволоки наружной пары брони, увеличение разрывной прочности и осевой жесткости кабеля и повышение надежности защиты кабеля от агрессивной скважинной жидкости.

Технический результат достигается тем, что в грузонесущем бронированном кабеле, содержащем одну или несколько изолированных токопроводящих жил, покрытых одной, или двумя, или тремя парами слоев брони с противоположно направленными витками проволок в каждой паре и наружной полимерной оболочкой, согласно изобретению каждый слой наружной пары брони выполнен с шагом свивки, равным 8÷12-кратному диаметру свиваемого слоя, и с зазорами между проволоками, обеспечивающими 60÷70% заполнение всего слоя от плотной укладки проволок, а оставшаяся часть (30÷40%) обоих слоев брони наружной пары заполняется полимерным материалом наружной оболочки.

Сущность изобретения поясняется фиг.1 и 2, на которых изображены варианты осуществления конструкций кабеля с одной и двумя парами брони.

На фиг.1 представлена конструкция геофизического бронированного кабеля, состоящего из 3-х изолированных токопроводящих жил 1, одной пары брони из стальной оцинкованной проволоки 2 и наружной оболочки из полимерного материала 3.

На фиг.2 представлена конструкция геофизического бронированного кабеля, состоящего из 3-х изолированных токопроводящих жил 1, внутренней пары брони 2, наружной пары брони 3 и наружной оболочки из полимерного материала 4.

Особенности конструкции кабеля состоят в следующем.

Для повышения разрывной прочности кабеля каждый слой наружной пары выполнен с увеличенным шагом свивки, равным 8÷12-кратному диаметру свиваемого слоя. Увеличение шага свивки проволок уменьшает угол наклона оси проволоки к оси кабеля и приближает расположение проволок вдоль оси кабеля, а это снижает потери разрывного усилия кабеля от свивки.

Для обычного шага свивки, равного 7,5-кратному диаметру свиваемого слоя, эти потери составляют 10÷12%, а для шага свивки 8÷12-кратного диаметра - 6÷8%.

Кроме того, каждый слой наружной пары брони выполнен с зазорами между проволоками, обеспечивающими 60÷70% заполнение всего слоя от плотной укладки проволок, что обеспечивает оптимальную величину зазоров в этих слоях и, следовательно, повышенную адгезионную прочность наружной оболочки к поверхности проволок брони и не дает резкого снижения разрывной прочности кабеля в целом.

Наличие зазоров в каждом слое наружной пары брони обеспечивает затекание полимерного материала в зазоры этих слоев и резко повышает адгезионную прочность наружной оболочки к поверхности брони, и, следовательно, увеличивает надежность работы кабеля.

Общими характеристиками заявленного изобретения с прототипом является:

- наличие изолированных токопроводящих жил в количестве от одной до семи;

- наличие двух или трех пар брони с противоположно направленными витками проволок в каждой паре;

- наличие наружной полимерной оболочки.

Различие характеристик заявленного изобретения с прототипом состоит в следующем:

- в прототипе шаги свивки слоев проволок наружной пары брони соответствуют стандартным значениям, т.е. 7,5-кратному диаметру свиваемого слоя, а в заявленном изобретении шаги свивки повышены и они могут быть равными 8÷12-кратному значению;

- заполнение слоя наружной пары брони проволоками в прототипе доходит до 50%, а в заявке до 60÷70%;

- наличие зазоров выполнено в прототипе только в верхнем слое наружной пары брони, а в заявленном изобретении в обоих слоях брони наружной пары;

- заливка полимерным материалом в прототипе обеспечивается только в верхний слой наружной пары брони, а в заявке - в каждый слой наружной пары.

Эти различия позволяют получить положительные качества заявленного изобретения, а именно:

- повышением шага свивки наружной пары брони до 8÷12-кратного диаметра - увеличить разрывное усилие кабеля в целом на 4÷10%;

- обеспечением зазоров в обоих слоях наружной пары брони в оптимальном размере (30÷40%) и затекание в них полимерного материала позволяет увеличить адгезионную прочность наружной оболочки к поверхности проволок брони до 20% и, следовательно, повысить защиту кабеля от агрессивной скважинной жидкости.

Использование полимерного материала для заполнения всех зазоров обоих слоев наружной пары брони позволяет соединить (склеить) проволоки между собой и получить при этом единый агрегированный кабель, работающий как монолитный стержень, значительно повышающий эффективность его работы в промышленных условиях.

Изобретение реализовано на опытном образце кабеля со следующими показателями:

- диаметр кабеля с наружной оболочкой - 10 мм;

- диаметр токопроводящей жилы - 3,0 мм;

- диаметр витого изделия с одним слоем брони - 4,5 мм;

- диаметр витого изделия с двумя слоями брони - 6,0 мм;

- диаметр проволок брони - 0,75 мм;

- шаг свивки слоев брони - 12-кратный от диаметра свиваемого слоя;

- заполняемость слоя проволоками наружной пары составила 64,5% от плотного расположения.

Испытания опытного образца кабеля подтвердили положительные качества кабеля:

- повышение разрывного усилия составило 4% в сравнении с кабелем, имеющим шаг свивки 7,5-кратному диаметру;

- адгезионная прочность наружной оболочки на опытном образце кабеля повысилась на 16% в сравнении с кабелем, имеющим зазоры только в верхнем слое наружной пары брони.

Грузонесущий бронированный кабель, содержащий одну или несколько изолированных токопроводящих жил, покрытых одной, или двумя, или тремя парами слоев брони с противоположно направленными витками проволок в каждой паре и наружной полимерной оболочкой, отличающийся тем, что каждый слой наружной пары брони выполнен с шагом свивки, равным 8÷12-кратному диаметру свиваемого слоя, и с зазорами между проволоками, обеспечивающими 60÷70%-ное заполнение всего слоя от плотной укладки проволок, а оставшаяся свободная часть (30÷40%) обоих слоев брони наружной пары заполняется полимерным материалом наружной оболочки.