Кабель для установок электропитания центробежных погружных электронасосов

Область техники, к которой относится полезная модель.
Полезная модель предназначена для установок электропитания центробежных погружных электронасосов (УЭЦН).
Уровень техники.
В конструкциях кабелей, предназначенных для электропитания погружных двигателей, основную растягивающую нагрузку при спуско-подъемах в скважине несет металлический бронепокров, уложенный в замок, и токопроводящие изолированные медные жилы.
В настоящее время в используемых кабелях для питания УЭЦН применяется на 99,9% в качестве токопроводящих жил - медь.
На большой глубине на кабель воздействуют:
- давление скважинной жидкости до 40 МПа (400 атм.);
- высокая температура 115-130°С;
- примеси активных солей, серной, угольной и др. кислот;
- катионы калия, натрия и др.;
- присутствие газового фактора до 500 м³ на 1 м³ скважинной жидкости.
Скважины не прямолинейны. На местах стыковки труб не всегда ровно соприкасаются между собой поверхности. Большая кривизна стволов скважин представляет опасность спуско-подъемных операций для технологического оборудования. Кабель для питания электродвигателя продольно крепится к каждой нефтяной трубе в двух местах. При спуско- подъемных операциях в местах кривизны скважины кабель иногда находится между обсадной и спускаемой нефтяной трубой в прижатом состоянии. Давление в этот момент на конструкцию кабеля достигает до нескольких тонн. В этот момент и происходит подтяжка токопроводящих жил в кабеле, что не позволяет использовать кабель для повторного спуско-подъема.
Известен электрический кабель для установок погружных электронасосов (патент RU 200427 опубл. 23.1020), в котором токопроводящие жилы выполнены из термостойкого алюминиевого сплава, модифицированного редкоземельными металлами. В качестве алюминиевого сплава используют сплавы марки ТАС или АЦЕ-О. По каждой токопроводящей жиле наложен подслой из пленки ПЭТ марки Э. Поверх изолированных токопроводящих жил наложена подушка из ленты (лент) методом обмотки, и броня из профилированной стальной оцинкованной или коррозионностойкой ленты.
Недостатком известного технического решения является невысокий срок службы кабеля, характеризующийся средней наработкой порядка 500-600 дней, в то время как по условиям эксплуатирующих организаций требуются как минимум в два раза большие сроки.
Ближайшим аналогом данной полезной модели является электрический кабель для установок погружных насосов (патент RU 161762 опубл. 10.05.2016г.). Кабель содержит токопроводящие жилы из термостойкого алюминиевого сплава, изоляцию токопроводящих жил из модифицированного полиэтилена, общую оболочку из композиции пропилена, общая оболочка по всем сторонам выполнена с толщиной в 1,0 мм, общую подушку под броню из нетканого полотна и броню из профилированной ленты из коррозионностойких сплавов.
Недостатком известного технического решения является невысокий срок службы за счет того, что общая оболочка кабеля частично работает против растягивающих жил и в ней применяется только термостатированная алюминиевая жила, которая не упрочнена. После одного спуско-подъема в скважину будет наблюдаться вытяжка токопроводящих жил, и в этом случае кабель не будет допущен к следующему спуско-подъему, так как из-за уменьшения сечения токопроводящая способность алюминиевых жил также будет уменьшена и будет представлять опасность к саморазогреву и перегреву изоляции и возможному ее электрическому пробою. Остановка УЭЦН в скважине и простой ее в течение от 8 до 12 дней является потерей добычи скважинной жидкости в достаточно большом количестве.
Сущность полезной модели.
Задачей данной полезной модели является расширение арсенала технических средств за счет создания кабеля, обеспечивающего усиление его конструкции против растягивающих сил, возникающих при спуско-подъемных операциях.
Достигаемый технический результат заключается в увеличении срока эксплуатации кабеля.
Для решения указанной задачи и достижения упомянутого технического результата в данной полезной модели предложен кабель, который содержит изолированные полимерным материалом токопроводящие жилы из термостойкого алюминиевого сплава, общую полимерную оболочку и общую подушку из нетканого полотна под броню из металлической ленты. Новым является то, что внутри общей оболочки во впадинах между изолированными жилами расположены четыре троса диаметром 1,2 - 2,5 мм из металлической проволоки, уложенные продольно вдоль оси кабеля.
Изоляция состоит из одного или более слоев, которые могут быть выполнены из блок-сополимера пропилена с этиленом, сшитого полиэтилена или фторопласта.
Общая оболочка может быть выполнена из блок-сополимера пропилена с этиленом или фторопласта.
Тросы могут быть выполнены из стальной оцинкованной проволоки или из нержавеющей проволоки.
Броня может быть выполнена из стальных оцинкованных лент или лент из нержавеющего сплава.
Краткое описание чертежей.
Полезная модель иллюстрируется чертежами, на которых одинаковые или сходные элементы обозначены одними и теми же ссылочными позициями.
На фиг. 1 представлен общий вид кабеля, на фиг.2 - продольный разрез кабеля.
Кабель содержит однопроволочные токопроводящие жилы 1 из термостойкого алюминиевого сплава, включающего до 0,4% скандия и 0,5% циркония от общей массы, поверх которых наложена двухслойная изоляция. Первый и второй слои изоляции 2 и 3 могут быть выполнены из блок-сополимера пропилена с этиленом, сшитого полиэтилена или фторопласта. Поверх изолированных жил последовательно наложены общая оболочка 4, выполненная из блок-сополимера этилена с пропиленом или фторопласта, маркировочная лента 5. Поверх маркировочной ленты 5 уложена методом обмотки с перекрытием подушка 6 из нетканого полотна. Броня 7 выполнена из металлической ленты (профиль ленты ступенчатый и противозадирный). Общая оболочка 4 накладывается в расплавленном виде на изолированные жилы 1 и одновременно на металлические тросы 8, продольно уложенные вдоль оси кабеля в объеме общей оболочки 4, что позволяет создать монолитную конструкцию, работающую против растягивающих сил при спуско-подъемных операциях в скважине.
Тросы 8 диаметром 1,2 - 2,5 мм выполнены из стальной оцинкованной проволоки или нержавеющей проволоки и позволяют предотвратить вытяжку основных токопроводящих алюминиевых жил. Выбранный диапазон диаметров тросов является достаточным по прочности и соответствует габаритным размерам впадин между изолированными жилами, где они устанавливаются, для разных, наиболее часто используемых в кабеле токопроводящих жил.
Предложенная полезная модель позволяет сохранить конструкцию кабеля в первоначальном габарите, сохраняются поперечные сечения токопроводящих жил в заданном расчетном варианте, что способствует прохождению соответствующих рабочих токовых нагрузок без дополнительного нагрева токопроводящих жил и изоляции. Таким образом, увеличивается срок эксплуатации кабеля, что позволяет кабелю преодолевать не менее 2-3 спуско-подъемов в скважину.
Заявляемый электрический кабель соответствует критерию «промышленная применимость», поскольку он может быть многократно произведен и использован по своему назначению с достижением указанного технического результата. Все используемые в конструкции кабеля материалы являются известными и промышленно выпускаемыми. Изготовление кабеля осуществляется на базе известного оборудования, материалов и технологий, существующих в кабельной промышленности и используемых в производстве электрических кабелей.