КАБЕЛЬ ПОГРУЖНОЙ СИГНАЛЬНО-ПИТАЮЩИЙ

Полезная модель относится к области гидродинамических исследований и может быть использована для работ в нефтяных и газовых скважинах, в условиях высокого давления внешней среды для питания и информационного обмена с погружными и устьевыми модулями.
Из уровня техники известен электрический кабель для установок погружных электронасосов (пат РФ №74004, МПК Н01В 9/00, от 29.01.2008), содержащий уложенные параллельно в одной плоскости или скрученные между собой токопроводящие жилы, покрытые изоляцией из пластмассы или резины и заключенные в коррозионо-стойкую ленточную броню, в пространствах между жилами у которого проложены один или несколько оптических модулей, каждый из которых представляет собой пучок оптико-волоконных световодов помещенных внутри полимерной оболочки.
Кабель предназначен для передачи электрической энергии к электродвигателям погружных насосов, а наличие в нем оптико-волоконного модуля позволяет передавать в цифровом формате информацию от помещенных в скважину датчиков, например давления, уровня жидкости.
Известен электрооптический кабель для установок погружных электронасосов (пат. РФ №109907, МПК Н01 В11/22, от 25.04.2011 г.), содержащий уложенные параллельно в одной плоскости или скрученные между собой токопроводящие жилы, покрытые изоляцией из пластмассы, и продольно наложенные ленты из нетканого полотна, заключенные в коррозионно-стойкую ленточную броню, в пространстве между жилами у которого введен один или несколько гибких стальных бронированных малогабаритных волоконно-оптических кабелей, выполненных в виде 6-ти скрученных преформированных канатных проволок или прядей проволок, образующих свободный канал в центре, в котором расположены одно или несколько оптических волокон.
К общим недостаткам запатентованных технических решений погружного электронно-оптического кабеля следует отнести низкую стойкость к воздействию высокого давления внешней газожидкостной среды.
Известен грузонесущий геофизический кабель (патент РФ №50337, МПК Н01 В7/24, от 24.06.2005), включающий наружный и внутренний слои брони со слоем изоляции между ними, а также оптоволоконный модуль в центре, размещенный в металлическом капилляре из нержавеющей стали, который одновременно является токопроводящей жилой, имеющем снаружи подушку-изолятор, а с внутренней - гидрофобный заполнитель, причем внутренний слой брони с наложенной на него изоляцией является токопроводящей жилой и каркасом, воспринимающим на себя внешнее давление. Достоинством грузонесущего кабеля является совмещение информационных и токопроводящих свойств, к недостаткам следует отнести ограниченное количество токопроводящих каналов (металлический капилляр и броня), сложность и материалоемкость конструкции.
Известен кабель для связи и обработки скважины (прототип), (патент РФ №82922, МПК Н01 В7/18, от 22.12.2008) содержащий, по меньшей мере, одну токопроводящую жилу, выполненную без оболочки или с изоляцией, броню, выполненную в виде слоя из стальных проволочек или нитей кевлара или гофрированной металлической или сталеполимерной ленты и внешнюю армирующую оболочку из полимерного материала, между токопроводящей жилой и броней которого, размещен защитный слой из эластичного и прочного к истиранию материала, при этом кабель дополнительно снабжен оптоволоконным проводом.
К недостаткам конструкции кабеля по патенту №82922 следует отнести недостаточную прочность брони из слоя из стальных проволок и полимерного защитного слоя при работе в условиях высоких давлений внешней газожидкостной среды, сложность и материалоемкость конструкции.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение является разработка конструкции кабеля для питания и информационного обмена с погружными и устьевыми модулями в условиях высокого давления внешней газожидкостной среды.
Поставленная задача решается за счет достижения технического результата, который заключается в повышении эксплуатационных характеристик кабеля при высоких давлениях.
Указанный технический результат достигается тем, что в погружном сигнально-питающем кабеле, содержащем, по меньшей мере, одну питающую токопроводящую жилу, и, по меньшей мере, одно оптоволокно, внешнюю защитную оболочку из полимерного материала, броню, броня выполнена в виде металлической трубки с толщиной стенок 0,4-0,8 мм, и заполнена гидрофобным заполнителем.
Целесообразно выполнить погружной сигнально-питающий кабель для питания и информационного обмена с погружными и устьевьми модулями в условиях высокого давления внешней среды таким образом, что его внешняя защитная оболочка из полимерного материала имеет прямоугольное сечение.
Целесообразно выполнить погружной сигнально-питающий кабель для питания и информационного обмена с погружными и устьевыми модулями в условиях высокого давления внешней среды таким образом, что его внешняя защитная оболочка из полимерного материала имеет круглое сечение.
Оптимально исполнение погружного сигнально-питающего кабеля для питания и информационного обмена с погружными и устьевыми модулями в условиях высокого давления внешней среды с внешним диаметром металлической трубки 4÷9 мм.
Предпочтительно исполнение погружного сигнально-питающего кабеля для питания и информационного обмена с погружными и устьевыми модулями в условиях высокого давления внешней среды внешним диаметром 5÷15 мм.
Предпочтительно исполнение погружного сигнально-питающего кабеля для питания и информационного обмена с погружными и устьевыми модулями в условиях высокого давления внешней среды с сечением в виде квадрата со стороной 9÷16 мм.
Целесообразно выполнить металлическую броню погружного сигнально-питающего кабеля из нержавеющей стали.
Возможные варианты исполнения кабеля поясняются чертежами. На фиг.1 и фиг.2 представлен разрез предлагаемых конструкций кабеля.
Оптоволоконные провода 1 и токопроводящие жилы 2 размещены в трубчатой броне 3, выполненной в виде металлической трубки с толщиной стенок 0,4÷0,8 мм. Кабель имеет внешнюю защитную оболочку из полимерного материала 4, пространство внутри металлической трубки 3 заполнено гидрофобным заполнителем 5.
На фиг.1 показан вариант исполнения погружного сигнально-питающего кабеля, в котором внешняя защитная оболочка 4 имеет круглое сечение. На фиг.2 показан вариант исполнения погружного сигнально-питающего кабеля, в котором внешняя защитная оболочка 4 имеет прямоугольное сечение.
Пример практического исполнения. Был изготовлен кабель погружной сигнально-питающий, предназначенный для использования в условиях высокого давления окружающей среды (до 1500 атм), состоящий из повива провода МГФЛ 3х0,20 мм (2) и оптоволокна 3х 0,20 мм (типа AllWave ZWP) (1), размещенных в трубке из нержавеющей стали (3) внешним диаметром 6,25 мм, с толщиной стенки 0,71 мм, заполненной гидрофобным заполнителем. В качестве гидрофобного заполнителя использовался тиксотропный гель. Кабель имел защитную оболочку из полиэтилена высокой плотности (4), а внешний диаметр его составлял 15,5 мм. Изготовленный кабель удовлетворял следующим техническим условиям: статическое растягивающее усилие - не менее 6,4 кН; расчетное разрывное усилие - не менее 10,0 кН; раздавливающая нагрузка не менее 15 кН/см; рабочий диапазон температур -60…+125°С.
Варианты кабеля погружного сигнально- питающего с толщиной стенок металлической брони, лежащей в диапазоне 0,4-0,8 мм также удовлетворяли вышеприведенным требованиям технических условий.
Таким образом, предлагаемая конструкция кабеля позволяет создать надежный сигнально-питающий канал связи при проведении работ под высоким давлением с погружными и устьевыми модулями и выгодно отличают предлагаемые конструкции по сравнению с традиционно используемьми в настоящее время геофизическими кабелями.