ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ КАБЕЛЬ (ВАРИАНТЫ) ДЛЯ КАБЕЛЬНОЙ ЛИНИИ УСТАНОВКИ, ПРИМЕНЯЕМОЙ ПРИ ДОБЫЧЕ НЕФТИ

Полезная модель относится к кабельной технике, а именно к конструкциям силовых кабелей с изоляцией из полимерных материалов, для кабельных линий установок, применяемых при добыче нефти. Известны кабели двухслойная изоляция которых выполняется из композиций полиэтилена высокой плотности; композиций блоксополимера пропилена с этиленом; радиационно модифицированный полиэтилен высокой плотности для первого слоя и композиций блоксополимера пропилена с этиленом для второго  1 .
При монтаже кабельной линии на скважине кабель соединяется с погружным электродвигателем и прокладывается на наружной поверхности приемного модуля, нефтенасоса, насосно-компрессорной трубы. Па указанных элементах установки кабель крепится хомутами. Паиболее близким к полезной модели по технической сущности является электрический кабель, содержащий три уложенные параллельно токопроводящие жилы, изолированные композицией полиэтилена высокой плотности, подущку под броню в виде накладываемой поверх жил обмотки из лент прорезиненной невулканизированной ткани либо термоскрепленного полотна и общую броню из стальной профилированной ленты  2 .
Электрический кабель, находящийся между насосно-компрессорной трубой и внутренней поверхностью эксплуатационной колонны скважины, испытывает раздавливающие нагрузки при монтаже и эксплуатации установки для добычи нефти. При эксплуатации установок возможен срыв подачи нефти, приводящий к перегреву нефтенасоса и повыщению температуры нагрева кабеля. Указанные факторы приводят к деструкции материала изоляции, ее пробою и, как следствие, преждевременному выходу кабеля из строя.
В процессе бронирования плоских кабелей возникают сдавливающие нагрузки по большей оси сечения кабеля. Это приводит к концентрации механических напряжений на контактных поверхностях изоляции средних и крайних жил, особенно сильно - на двух диаметрально противоположных контактных площадках средней жилы. При эксплуатации кабеля в условиях воздействия механических деформаций и поверхностно активных веществ механические напряжения в изоляции реализуются в микротрещины, а затем - в магистральные трещины, что ведет к полной деградации электрически свойств изоляции, чаще всего средней лшлы. После демонтажа кабеля на отдельных участках изоляции средней жилы наблюдаются продольные трещины.
Задача полезной модели - создание электрического кабеля (варианты), обеспечивающего более высокою работоспособность в условиях воздействия повышенной температуры нефтеводосодержащей жидкости различного химического состава, наличия раздавливающих нагрузок, перегрева при эксплуатации в составе установок для добычи нефти.
Данная задача рещена тем, что по крайней мере первый слой изоляции выполняется из маслостойкого силаносшиваемого полиэтилена. Применяется три способа получения полиэтилена со сшитой структурой:
-пероксидная вулканизация;
-использование силанов в качестве сшивающих агентов. Сшивание на основе силанов является самым экономичным средством
улучшения термостойкости полиэтилена и его химической стойкости. Полиолефины, сшитые силаном, соединяются посредством части Si-O-Si , а не связи С-С. которая имеет место в процессах с применением перекиси или радиации. При этом получается превосходный более термоустойчивый продукт  3 . Для изоляции приняты маслостойкие композиции силаносшиваемого полиэтилена. После выдержки образцов в испытательной жидкости в течение 7 суток при температуре 90 °С определяется удлинение при разрыве. Изменение удлинения должно быть не более 25 % по сравнению с величинами для образцов, не выдерживаемых в масле  4 .
Повышение надежности изоляции центральной жилы может быть обеспечено за счет выполнения обоих слоев из маслостойкого силаносшиваемого полиэтилена и применения обмотки из материала, используемого для подушки.
Проведены испытания изоляции из силаносшиваемого полиэтилена в части определения термопластической деформации и раздавливаюших усилий. Стойкость различных видов пластмассовой изоляции к термопластической деформации рассматривается по методике, предусматриваюшей приложение нагрузки и определение деформации изоляционного материала при различных температурах  5 . При температуре около 120°С полиэтилен высокой плотности переходит в вязкотекучее состояние. Силаносшиваемый полиэтилен
до температуры не менее 150°С находится в смешанном аморфнокристаллическом состоянии.
Согласно ТУ на кабели с полиэтиленовой изоляцией должны определяться механические свойства готового изделия при раздавливании на гидравлическом прессе. При этом образцы не менее одного метра размещаются между двумя пластинами размером 140x140 мм и определяется момент замыкания  жилами и броней, который должен быть при раздавливающих усилиях не менее 158 кН для кабелей с жилами 10 мм. Фактические значения раздавливающих усилий для кабелей с двухслойной изоляцией из силаносщиваемого полиэтилена при сечении жил 3x10 мм не менее 580 кН.
Согласно стандарту на кабели силовые с пластмассовой изоляцией толщина изоляции из полимера сщитой структзфой составляет 2.0 мм для класса напряжения 3.0 кВ  5 . С учетом экстремальных условий монтажа и эксплуатации нефтекабелей общая толщина двухслойной изоляции из материалов различной теплостойкости составляет порядка 2.8 мм, из силаносщиваемого полиэтилена оба слоя либо 2.6 мм либо 2.4 мм. Температура в любой точке изоляции определяется из соотнощения:
где to- допустимая температура нагрева жилы кабеля, °С; ti температура нефтеводогазосодержащей жидкости, °С; RO- радиус токопроводящей лшлы, мм; RI - радиус по изоляции, мм;
(о-О J г
/  -1п| - + /„
о1 , г - радиус в любой точке.
Радиальная толщина нервого слоя из более теплостойкого материала, размеры жилы и изоляции в целом связаны соотношением:
S,R, - температура на границе слоев изоляции с различной теплостойкостью.
На рисунке (фиг.1) представлен общий вид кабеля в разрезе. Кабель содержит три токопроводящих жилы 1, последовательно наложенные на них слои 2 и 3 изоляции, первый из которых выполнен из силаносшиваемого полиэтилена, а второй из композиции полиэтилена высокой плотности либо из блоксополимера пропилена с этиленом. Кабель имеет общую броню 5, наложенную на подушку 4. Предлагаемый электрический кабель (варианты) обладает высокими термомеханическими характеристиками и обеспечивает увеличение срока наработки до первого отказа.
.  /   с      /
(/2-i) , где
Литература
1.Международная инженерная энциклопедия. Серия «Нефтегазовая техника и технология. Установки погружных центробежных насосов для добычи нефти. Нод на чной редакцией Алекперова В.Ю., Кершенбаума В.Я. М.1999.
2.Кабели с полиэтиленовой изоляцией для погружных нефтенасосов. ТУ 16-505.129-82.
3.Пазнер Л.М. Вилли Бизанг. Силановое сшивание полиэтилена для улучшения качества продукции и облегчения технологического процесса. Пластические массы, 3, 1998.
4.DIN/VDE 0472-83, часть 803. Испытания кабелей и изолированных проводов. Маслостойкость.
5.Фризен Н.И., Олеар М.Г., Бочкарев Л.Н., Сотников В.Г. Разработка кабеля для погружных электронасосов, изолированного на основе полипропиленаа. Сб. научн. тр. ВНИИКП. Исследование и производство кабелей и проводов. М.; Энергоатомиздат. 1991.
6.«Кабели силовые с пластмассовой изоляцией. Технические условия. ГОСТ 16442-80.