Кабель грузонесущий для установок электроприводных центробежных насосов

Область техники, к которой относится полезная модель
Кабели предназначены для работы в составе установок электроприводных центробежных насосов (УЭЦН) при добыче нефти.
Уровень техники
Известны серийно выпускаемые кабели для установок погружных электронасосов по ГОСТ Р 51777-2001 с тремя скрученными между собой или расположенными параллельно друг другу в одной плоскости медными изолированными жилами с броней из профилированной стальной оцинкованной ленты.
Недостатком данных кабелей является недостаточная стойкость к продольным растягивающим нагрузкам, в результате чего существует необходимость их закрепления на внешней поверхности насосно-компрессорной трубы (НКТ) на всем ее протяжении. При выходе из строя элементов насосного агрегата или самого кабеля для проведения ремонтных работ необходимо вынимать из скважины всю колонну НКТ, что требует использования специализированного спуско-подъемного оборудования, как правило, отсутствующего на действующих скважинах, и сопровождается большими финансовыми и временными затратами.
Известен грузонесущий геофизический бронированный кабель (патент № 144512 опубл. 27.08.2014), который содержит электроизолированные токопроводящие жилы, покрытые парами повивов брони из стальной оцинкованной проволоки с зазорами, наружную полимерную оболочку. Зазоры между проволоками в каждом повиве наружной пары брони определяются из соотношения, равного 1,0÷2,0 от диаметра проволок повива, заполняются полимерным материалом, идентичным материалу наружной оболочки, причем зазоры распределены равномерно по периметру повива с точностью, равной 5÷10% от величины зазора.
Известен грузонесущий геофизический бронированный кабель (патент RU № 170543 опубл. 28.04.2017). Кабель состоит из одной или нескольких электроизолированных токопроводящих жил, покрытых одной, или двумя, или тремя парами повивов брони из стальной оцинкованной проволоки с противоположно направленными витками проволок в каждой паре, наружной полимерной оболочки. Зазоры выполнены между проволоками в каждом повиве наружной пары брони. Наружная пара брони выполнена с зазорами между повивами, определяемыми из соотношения, равного (0,05÷2,0) от диаметра проволок наружного повива брони, заполненными полимерным материалом, идентичным полимерному материалу наружной оболочки. Зазоры между проволоками в каждом повиве наружной пары брони определяются по формуле и зависят от зазоров между проволоками в каждом повиве наружной пары брони и диаметра проволок наружного повива брони.
Недостатком известных кабелей является отсутствие мер по предотвращению распространения пластовой жидкости и газов вдоль кабеля при повреждении оболочки или нарушении герметичности концевых заделок, а также недостаточная коррозионная стойкость стальных оцинкованных проволок брони к воздействию пластовой жидкости с повышенным содержанием сероводорода и диоксида углерода при повреждении оболочки, что негативно сказывается на их механической прочности и ведет к снижению общей грузонесущей способности кабеля.
Ближайшим аналогом является кабель грузонесущий с армированной оболочкой для подключения ЭЦН марки PowerCompojack КГ-Оа компании ООО «Инкаб» (https://incabspecialty.ru/conventional-cables/oil/power-compojack/), содержащий три скрученные между собой изолированные жилы, промежуточную оболочку и наружную оболочку, в которую интегрирована распределенная проволочная броня из высокопрочной стальной оцинкованной проволоки или проволоки из коррозионностойких сплавов.
К недостаткам известного кабеля можно отнести недостаточную гибкость однопроволочных токопроводящих жил, затрудняющую разделку концов кабеля и монтаж концевых разъемов, а также отсутствие мер по предотвращению распространения пластовой жидкости и газов вдоль кабеля при повреждении оболочки или нарушении герметичности концевых заделок.
Сущность полезной модели
Техническая задача направлена на создание конструкции кабеля, которая обеспечивает одновременное выполнение двух основных функций: обеспечение электроэнергией электродвигателя насосного агрегата УЭЦН, подвес и удержание насосного агрегата УЭЦН в скважине на заданной глубине.
Техническим результатом предложенного решения является улучшение эксплуатационных характеристик и повышение надежности кабеля.
,
Технический результат достигается тем, что в кабеле грузонесущем для установок электроприводных центробежных насосов состоящем из трех покрытых полимерной изоляцией медных токопроводящих жил, скрученных в сердечник, поверх которого наложены внутренняя оболочка из полимерного материала, броня, выполненная в виде двух противоположно направленных повивов из проволок, наложенных с зазором, и наружная полимерная оболочка, заполняющая свободное пространство между проволоками брони, согласно предложенному решению, изолированные токопроводящие жилы выполнены многопроволочными и скручены между собой в сердечник вокруг жгута заполнения, при этом пустоты в жилах заполнены термостойким герметиком.
В кабеле токопроводящие жилы могут быть скручены из луженых или никелированных проволок, а изоляция токопроводящих жил выполнена однослойной или многослойной.
Жгут заполнения может быть выполнен из полимерного или волокнистого материала.
Пустоты в токопроводящей жиле могут быть заполнены вязким полимеризующимся герметиком на кремнийорганической основе.
Броня может быть выполнена из стальных оцинкованных проволок или проволок из нержавеющего сероводородостойкого сплава.
Полезная модель поясняется чертежом
Кабель состоит из трех медных многопроволочных токопроводящих жил 1, имеющих однослойную или двухслойную изоляцию 2 из полимерного материала. Токопроводящие жилы 1 скручены между собой в сердечник 3 вокруг полимерного жгута заполнения, поверх скрученного сердечника наложены внутренняя оболочка 4 из полимерного материала, внутренний 5 и наружный 6 повивы брони, выполненные из стальных проволок, являющихся грузонесущим элементом, наружная оболочка 7 из полимерного материала.
Повивы стальных проволок брони наложены в противоположных друг другу направлениях с поверхностной плотностью 0,5-0,8 (зазор между соседними проволоками повива от 0,2 до 1 диаметра проволоки), что на этапе изготовления кабеля обеспечивает проникновение материала наружной оболочки в зазоры между проволоками брони и ее сваривание с внутренней оболочкой, в результате чего образуется сплошная монолитная полимерная оболочка, армированная стальными проволоками.
Продольная герметичность кабеля для предотвращения миграции пластовой жидкости и газа по кабелю достигается за счет заполнения пустот в жилах термостойким герметиком и расположением в центре скрученного сердечника кабеля жгута из полимерного материала. Это позволяет использовать кабель при работе в пластовой жидкости на большой глубине под действием высокого давления и температуры.
2
2
Кабели изготавливаются с номинальным сечением жил 8 мм и 10 мм (каждая жила скручена из 19 проволок). Токопроводящие жилы кабелей для работы в скважинах с высоким содержанием сероводорода в целях минимизации коррозионного воздействия скручены из луженых или никелированных проволок.
Основные характеристики кабеля:
номинальное рабочее напряжение кабелей - 4 и 5 кВ.
номинальное разрывное усилие - 80 и 100 кН;
максимально допустимая рабочая температура - 130°С, 150°С и 180°С.
Кабель вследствие наличия наружной полимерной оболочки, покрывающей проволоки брони, обладает повышенной коррозионной стойкостью как при работе в скважинах с обычными условиями, так и в скважинах с повышенным содержанием сероводорода и двуокиси углерода, при этом с целью дополнительного повышения надежности для брони используется проволока из нержавеющего сплава, стойкого к сульфидному коррозионному растрескиванию под напряжением (СКРН).
Для изготовления кабелей, предназначенных для работы в скважинах с низким содержанием сероводорода, применяется стальная канатная проволока по ГОСТ 7372-79, оцинкованная по группе «Ж».
Для кабелей, работающих в средах с повышенным содержанием сероводорода, цинкового покрытия стальной проволоки становится недостаточно для обеспечения коррозионной стойкости кабеля. Поэтому для таких скважин применяется проволока из специального нержавеющего сероводородостойкого сплава, основными компонентами которого являются никель, хром, кобальт. В описываемых кабелях для этих целей применяются проволоки марок SUPA75, DUPLEX 2205, UNIVERSAL и MP35N.
2
2
Маркировочная группа по прочности применяемой для брони проволоки равна 1675-1860 Н/мм (170-190 кг/мм).