ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ КАБЕЛЬ

Электрический кабель относится к кабельной технике и может быть использован для питания погружных электрических систем, преимущественно электродвигателей погружных нефтяных насосов.
На работоспособность кабелей электродвигателей погружных нефтяных насосов влияют скважинные и другие факторы:
- проникновение газа под давлением во внутренний объем изоляции, уменьшение плотности изоляции приводит к росту токов утечки - уменьшению диэлектрических свойств изоляции;
- подъем УЭЦН при присутствии газа в изоляции, уменьшение плотности изоляции, радиальные микроразрывы (микротрещины) изоляции при несоответствующих скоростях подъема УЭЦН приводят к росту токов утечки - уменьшению диэлектрических свойств изоляции;
- присутствие горячей воды более 80°С и внедрение ее в изоляцию приводит к соединению гидроксильной группы (ОН) с молекулярной структурой изоляции, приводит к уменьшению диэлектрических свойств изоляции - росту токов утечки;
- вымывание ингредиентов из изоляции (специальных добавок, увеличивающих срок эксплуатации кабеля), приводит к уменьшению диэлектрических свойств изоляции - росту токов утечки;
- внедрение маслянистых жидкостей не диэлектрического характера под давлением в изоляцию приводит к уменьшению плотности изоляционного материала, росту токов утечки;
- внедрение маслянистых жидкостей под давлением в изоляцию, в закрытом объеме под бронепокровом, приводит к сдавливанию средней жилы и утонению ее боковых стенок, результатом этого эффекта является появление продольных трещин по бокам средней жилы и росту токов утечки;
2
- внедрение химических веществ в объем изоляции, таких как NaCl, HS углеводородных соединений и других приводит к химическому соединению с молекулярной структурой изоляции и росту токов утечки;
- высокое давление отрицательно влияет на работу изоляции.
(Я.З.Месенжник «Кабели для нефтегазовой промышленности», Ташкент, издательство «Фан», 1972, стр. 28, 29).
Известен «Электрический кабель» по патенту SU 1828302, МПК 6 Н 01 В 7/18, от 1991.05.23, опубл. 1996.04.10, где три изолированные композицией, на основе полиэтилена высокой плотности, токопроводящие жилы, расположенные параллельно в одной плоскости, поверх них наложена оболочка из композиции, содержащей полиэтилен низкой плотности и брони из стальной профилированной ленты, при этом, оболочка выполнена из композиции, дополнительно содержащей полиэтилен высокой плотности, при следующем содержании компонентов, массовом соотношении: полиэтилен низкой плотности 50-80; полиэтилен высокой плотности 20-50.
Данное техническое решение путем увеличения стойкости к раздавливающим усилиям в результате предотвращения растворения оболочки в условиях эксплуатации, и ее выдавливания за пределы брони, повышает эксплуатационную надежность кабеля.
Недостатком этой конструкции является то, что кабель пригоден к эксплуатации для скважин небольших глубин до 1500-1800 м при рабочей температуре 90°С. В настоящее время глубина скважин достигает 3000 м, эту конструкцию кабеля можно использовать только в верхней части скважин из-за повышенных температур на забое до 90°С. На больших глубинах (при больших температурах - на каждые 100м глубины повышение температуры составляет 3-5°С) оболочка и изоляция при температуре свыше 130°С будет оплавляться. (прил.1)
Наиболее близким техническим решением является кабель для питания установок электропогружных насосов КПсПБП - 130, на рабочую температуру 130°С, Подольского завода НП «Подольсккабель», содержащий медную токопроводящую жилу, комбинированную изоляцию из сшитого и несшитого полиолефина, подушку из иглопробивного полотна и бронепокрова из стальной оцинкованной ленты,
Изоляция двух слоев выполнена из полиолефинов, которые изменяют свою геометрию при температуре 80°С и выше, происходит продольное утонение диаметральных сторон средней жилы, растрескивание, и, как следствие, токи утечки возрастают, происходит пробой изоляции.
При такой конструкции кабеля нет адгезии между первым слоем изоляции и вторым, имеющих разное молекулярное строение, поэтому в местах разделки и сростки при эксплуатации в вертикальном положении кабеля происходит внедрение маслянистых жидкостей скважинного пласта в изоляционный материал по всей длине кабельной линии, разбухание изоляции, токи утечки возрастают, происходит пробой изоляции.
Процент разбухания при температуре -140°С достигает 12-14% в маслянистой жидкости (прил.1).
Задачей предлагаемого технического решения является увеличение срока службы при эксплуатации кабеля на глубинах до 2300-2500 метров с температурой пластовой жидкости от 80°С до 150°С.
Поставленную задачу решают за счет того, что электрический кабель содержит три токопроводящие жилы, изоляция которых выполнена из блоксополимера пропилена с этиленом, оболочку, подушку и броню из стальной профилированной ленты, при этом поверх трех изолированных в одной плоскости продольно и плотно прижатых друг к другу изоляцией, наложена общая оболочка из термоэластопласта толщиной 0,7-1,0 мм по плоской стороне, а боковым сторонам 1,0-1,5 мм.
Добавление дополнительной оболочки из химически стойкого материала, например термоэластопласта, толщиной 0,7-1,5 мм, не допускает отрицательно действующие факторы скважинной жидкости к изоляции, этим самым предотвращает увеличение геометрии изоляции от разбухания, что не позволяет сдавливать в продольных точках соприкосновения изолированные жилы в замкнутом пространстве внутри бронепокрова и менять ее диэлектрические параметры, это позволит увеличить эксплуатационный срок службы кабеля в скважинах на глубине от 2300 до 2500 м от 4 до 5 раз и позволяет повысить срок службы кабеля, а температурный индекс изоляции поднять на 10-20°С.
Толщина оболочки по плоскости выбрана оптимальной, с толщиной в диапазоне 0,7-1,0 мм, и достаточна для создания прочного монолита с клиньями и удерживанием их в нужном месте с учетом обжатия бронепокрова, выполненного путем обмотки поверх общей оболочки. По боковым сторонам оболочка имеет достаточную толщину 1,0-1,5 мм, также спасает основную изоляцию от наибольшего давления бронепокрова при технологической операции покрытия оболочки.
Совокупность признаков нова и приводит к техническому эффекту, позволяющему увеличить срок службы при эксплуатации кабеля на глубинах до 2500 метров с температурой пластовой жидкости от 80°С до 150°С и повышенным газовым фактором.
3
В настоящее время кабель в составе сотен кабельных линий успешно эксплуатируется на скважинах Нефтеюганского месторождения на глубинах до 2500 метров с тяжелыми осложняющими факторами и температурой 140°С, присутствием газа 120 м/т и давлением до 25 МПа.
Ни на одну из работающих строительных длин кабелей, на момент подачи заявки от нефтепромыслов, замечаний не поступало.
На чертеже изображен кабель в разрезе, где медная токопроводящая жила 1, двухслойная изоляция из блок сополимера пропилена с этиленом 2, общая защитная химически стойкая оболочка из термоэластопласта 3, подушка из термоскрепленного нетканого или иглопробивного технического полотна 4, броня из стальной оцинкованной или с мельхиоровым покрытием ленты 5.
Электрический кабель содержит три изолированные несколькими слоями из блок сополимера пропилена с этиленом 2, токопроводящие жилы 1 с толщиной изоляции, рассчитанной под определенное напряжение.
Поверх трех изолированных жил, уложенных в одной плоскости плотно прижатых друг к другу наложена общая изоляция из химически стойкой оболочки термоэластопласта, толщиной 0,7-1,0 мм по плоской стороне а по боковым сторонам - 1,0-1,5 мм..
Толщина оболочки 0,7-1,0 мм по плоскости кабеля является надежной и механически прочной, объединяющая клинья; толщина оболочки 1,0-1,5мм является максимальной, исходя из практической целесообразности, спасающей боковую сторону изоляции жил от воздействия бронепокрова в момент его наложения, применение большей толщины ведет к необоснованным расходам).
Оболочка выполнена из химически стойкого термоэластопласта, которая минимально разбухает в агрессивном трансформаторном масле ГОСТ 982 при температуре 140°С в течение 6 часов и 0,8-0,9%, а в автомобильных маслах разбухает на ту же величину в интервале температур до 190°С.
Физико-механические и другие параметры термоэластопластов были исследованы во Всероссийском научно-исследовательском институте кабельной промышленности в полнее отвечают всем требованиям как оболочного, химически стойкого материала.
Протокол испытаний ОАО «ВНИИКП» стр.6, 8, 9. (прил.2)