КАБЕЛЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ГРУЗОНЕСУЩИЙ

Полезная модель относится к кабельной технике, а именно к конструкциям грузонесущих электрических кабелей, предназначенных для подачи электрической энергии к погружным электронасосам установок добычи нефти, водоподъема и перекачки жидкостей из шурфов.
Известны конструкции кабелей по ГОСТ Р 51777-2001, год ввода 2002, Россия, содержащие три уложенные параллельно или скрученные между собой медные токопроводящие жилы, каждая из которых покрыта изоляцией и оболочкой, а также наружный защитный покров из подушки и брони. Данные кабели не обладают грузонесущей способностью, поэтому во избежание обрывов при спуске в скважину их крепят хомутами к насосно-компрессорной трубе.
Известны также кабели грузонесущие геофизические бронированные по ГОСТ Р 51978-2002, год ввода 2003, Россия, предназначенные для спуска и подъема геофизических приборов и аппаратов, их питания электроэнергией и осуществления информационной связи между наземной аппаратурой и скважинными приборами при недропользовании и геофизических исследованиях скважин. Кабели предназначены также для обеспечения разогрева и ликвидации парафиновых пробок, осуществления прострелочно-взрывных работ в скважинах. В качестве грузонесущих элементов геофизические кабели по ГОСТ Р 51978-2002 имеют усиленную броню из двух и более концентрических повивов стальных проволок. Недостатки данных кабелей:
- повышенная жесткость;
- повышенная трудоемкость при монтаже и ремонте кабелей;
- большие габариты и масса.
Ближайшим по своим параметрам к полезной модели является грузонесущий геофизический кабель по патенту №69651, Россия, (прототип), содержащий изолированные токопроводящие жилы, скрученные вокруг несущего каната из стальных круглых проволок, и защитный покров из брони и наружной оболочки из полимерного материала. К недостаткам прототипа следует отнести:
- пониженную грузонесущую способность;
- повышенную растягивающую нагрузку на токопроводящие жилы;
- пониженный технический ресурс.
Все эти недостатки прототипа существенно снижают качество, надежность и долговечность грузонесущих электрических кабелей.
Технической задачей полезной модели является разработка кабеля с большей грузонесущей способностью, а также более технологичного, высококачественного и высоконадежного.
Технический результат достигается тем, что в качестве стального несущего каната грузонесущий кабель содержит пластически обжатый канат из стальных проволок с коррозионнозащитным покрытием. Общим признаком прототипа и предлагаемого технического решения является наличие токопроводящих жил, каждая из которых покрыта изоляцией и оболочкой, одного или нескольких стальных несущих канатов, а также наружного защитного покрова из подушки и брони. В то же время предложенный кабель отличается от известного использованием в качестве стального несущего каната пластически обжатого каната из стальных проволок с коррозионнозащитным покрытием. Причины, препятствующие получению данного технического результата в указанном прототипе:
1. Увеличение грузонесущей способности и уменьшение растяжимости кабеля по прототипу повлечет за собой существенное увеличение габаритов (диаметра) и массы, снижение гибкости и технологичности, увеличение стоимости кабеля.
С целью увеличения грузонесущей способности, прочности, гибкости и технологичности, а также уменьшения растяжимости грузонесущего кабеля авторами полезной модели предложена конструкция кабеля с пластически обжатым несущим канатом из стальных оцинкованных проволок, изолированным термопластичными или сшитыми полимерами, в том числе эластомерами. Пластическое обжатие стального многопроволочного каната производится методом холодной прокатки с использованием специальных твердосплавных роликов. В результате такого обжатия сечения круглых проволок принимают взаимосопряженные фасонные профили. Линейный контакт между проволоками развивается в полосовой. Увеличивается площадь контакта и снижаются контактные давления. Заполняются зазоры между проволоками и повышается структурная устойчивость каната. Канат становится более гладким, а форма - округлой. При этом уменьшается диаметр каната на 10-15% и его растяжимость, увеличивается его прочность на 5-10%, гибкость, износостойкость, надежность и долговечность.
Для изготовления пластически обжатого несущего каната может быть использована любая круглая проволока из углеродистой стали с коррозионнозащитным покрытием. В качестве коррозионнозащитного покрытия стальной проволоки могут быть использованы оксидное покрытие и металлическое покрытие (цинк, алюминий, сплав алюминия с цинком). В России наибольшее распространение имеет стальная оцинкованная проволока по ГОСТ 9850-72, год ввода 1974. С целью снижения межпроволочных зазоров диаметр проволок в канате может быть разным. Стальную оцинкованную проволоку изготавливают из углеродистой качественной конструкционной стали по ГОСТ 1050-88, год ввода 1991, или углеродистой стали по ГОСТ 14959-79, год ввода 1981, или из канатной катанки по ОСТ 14-15-37-85, год ввода 1987. Стальную катанку подвергают холодному протягиванию (волочению) в несколько проходов в специальных станах. Для придания проволоке пластичности, после определенного количества проходов ее подвергают термохимической обработке (патентированию) при сохранении высоких механических характеристик. Цинковое или алюминиевое покрытие определенной толщины наносится на стальную проволоку гальваническим методом, или методом газотермического напыления или плакированием, обеспечивающими прочное сцепление (адгезию) покрытия со стальной проволокой.
В качестве подушки под броню грузонесущий кабель по полезной модели может содержать:
- один или несколько слоев нетканого полотна;
- общую пластмассовую или резиновую оболочку;
- общую пластмассовую или резиновую оболочку и один или несколько слоев нетканого полотна.
Наиболее эффективной является подушка из общей пластмассовой или резиновой оболочки с нетканым полотном поверх общей оболочки. Такая конструкция подушки обеспечивает сохранность изоляции токопроводящих жил грузонесущего кабеля от механического разрушения при действии раздавливающих сил на барабане в процессе спуска и подъема кабеля. Общая оболочка обеспечивает также дополнительную защиту токопроводящих жил и несущего каната кабеля от воздействия агрессивной среды нефтяной скважины.
Наиболее оптимальной является плоская форма грузонесущего электрического кабеля, у которого токопроводящие жилы и стальной несущий канат или канаты расположены параллельно в один ряд. Плоский грузонесущий кабель для погружных нефтенасосов имеет меньшие габариты и массу, более равномерно воспринимает раздавливающую нагрузку на токопроводящие жилы и несущий канат, более технологичен при монтажных и ремонтных работах.
Грузонесущий электрический кабель по полезной модели (фиг.) состоит из токопроводящих жил 1, изоляции жил 2, оболочки жил 3, изолированного пластически обжатого каната 4 из стальных оцинкованных проволок, общей пластмассовой или резиновой оболочки 5, подушки 6 под броню из нетканого полотна, брони 7 из стальной оцинкованной профилированной ленты.
Предложенный авторами полезной модели грузонесущий электрический кабель изготавливается по следующей технологии. Токопроводящие жилы 1 определенного диаметра получают волочением катанки на волочильном оборудовании. На каждую токопроводящую жилу последовательно наносятся экструзией полимерная изоляция 2 и полимерная или металлическая оболочка 3. На пластически обжатый несущий канат 4 из стальных оцинкованных проволок наносится оболочка из термопластичных или сшитых полимеров, в том числе эластомеров. Токопроводящие жилы и несущий канат или канаты укладываются в кабеле параллельно в один ряд или скручиваются между собой. При этом несущий канат укладывается между токопроводящими жилами или в центре. Поверх изолированных токопроводящих жил и несущего каната или канатов наносится экструзией общая пластмассовая или резиновая оболочка 5 и накладывается на лентообмоточной машине подушка 6 из лент нетканого полотна. Поверх комбинированной подушки накладывается на бронировочной машине броня 7 из стальных оцинкованных профилированных лент.
Новый кабель производится на серийном оборудовании. Применяемые для изготовления кабеля материалы выпускаются серийно.
Преимущества нового кабеля:
- повышенная грузонесущая способность;
- пониженное удлинение;
- меньшие габариты и масса;
- повышенный технический ресурс;
- повышенная технологичность при монтажных и ремонтных работах;
- повышенные надежность и качество.
Новые грузонесущие электрические кабели для установок погружных электронасосов с пластически обжатым несущим канатом из стальных оцинкованных проволок, прошли всесторонние испытания на кабельных заводах РФ с положительными результатами. Планируется серийное производство данных кабелей.