ЭЛЕКТРООПТИЧЕСКИЙ КАБЕЛЬ ДЛЯ УСТАНОВОК ПОГРУЖНЫХ ЭЛЕКТРОНАСОСОВ

Полезная модель относится к электротехнике, к конструкциям электрооптических кабелей (ЭОК), использующихся для погружных насосов в установках для добычи нефти.
Известны конструкции ЭОК для питания погружных нефтяных насосов, состоящие из трех изолированных электрических жил, и продольно расположенных лент из нетканого полотна, заключенных в коррозионно-стойкое броневое покрытие, выполненное из стальных оцинкованных лент [1, 2].
Плоский вариант таких кабелей марки КПБП [3]. В настоящее время они широко выпускаются и применяются для питания нефтяных насосов, используемых в нефтедобывающей промышленности.
Известны ЭОК, выполненные на базе указанных плоских электрических кабелей, с внедренным волоконно-оптическим модулем [2, 4] под бронированной оболочкой. В качестве оптического модуля в них применяются полимерные модули [5], выполненные из материалов с низким коэффициентом температурного расширения (КТР), например, из полиизобутелентерефтолата или поликарбоната. Внутреннее пространство трубок заполнено гидрофобным гелем, в котором находятся одно или несколько оптических волокон в тонком лаковом покрытии. Модули обычно имеют наружный диаметр от 1,8 до 3 мм и могут дополнительно содержать продольные упрочняющие элементы.
Известно также применение в комбинированном кабеле оптического модуля, выполненного из стальной сварной трубки [6], с расположенными внутри нее, по меньшей мере, одним оптическим волокном.
Применение в кабелях для питания погружных насосов оптического волокна обусловлено необходимостью контроля параметров скважинной среды и работающего в ней оборудования (электродвигателя, насоса, кабеля и др.). При этом оптические волокна обеспечиваю измерение и контроль температуры по длине кабеля с помощью метода рамановской рефлектометрии [3], а также передачу другой телеметрической информации. Системы измерения распределения температуры по оптическому волокну дополняют известные электрические системы контроля и управления погружными насосами, использующие индуктивную связь и передачу информации о токе по электрическим жилам электрического кабеля [7].
Комплексная система автоматического контроля позволяет увеличить надежность процесса регулирования работы электродвигателя насосной установки и другого оборудования.
Техническое решение, конструкция ЭОК представленная в [2], является близким из числа известных к предлагаемому по совокупности признаков.
К недостаткам этого технического решения ЭОК следует считать недостаточную стойкость оптического модуля к воздействию значительных
К недостаткам этого технического решения ЭОК следует считать недостаточную стойкость оптического модуля к воздействию значительных механических нагрузок, которые возникают в процессе его изготовления и прежде всего при бронировании стальными лентами. При установке модуля под стальную броню в процессе технологической операции - обмотки стальными лентами происходит его раздавливание, удлинение и перегибы.
Результат этих воздействий - изменение затухания волокон в модуле и обрыв волокон.
Другим недостатком полимерного модуля является то, что он не обладает стойкостью к температурным воздействиям до 200°С, имеющим место при эксплуатации погружных кабелей. Обычно для полимерных материалов используются полиизобутилентерефталат (ПБТ), либо поликарбонат (ПК), у которых рабочая температура около 100°С. Для модуля вместе с волокнами рабочая температура определяется по более слабому конструктивному элементу. По этой причине невозможно использование внутри таких оптических модулей температуростойких волокон и, соответственно, невозможно на базе такой конструкции изготавливать температуростойкие ЭОК, работающие до 150 и 200°С.
Таким образом, отмеченные недостатки затрудняют реализацию этой конструкции ЭОК. для погружных насосов.
Техническое решение, электрического кабеля, представленное в [1], также является близким из известных к предлагаемому в части электрической конструкции по совокупности признаков. Особенностью этого электрического кабеля является использование в качестве поглощающих материалов - специальных набухающих материалов стойких к воздействию агрессивных сред, имеющих место в скважинах.
Целью настоящего технического решения является создание ЭОК, не имеющего указанных выше недостатков, т.е. создание конструкции электрооптического кабеля, для питания нефтепогружного насоса, стойкого к механическим воздействиям в процессе изготовления и эксплуатации и имеющего повышенную рабочую температуру - таким образом, обладающего возможностью контроля характеристик волокон, при температурах близких к рабочим температурам электрических жил.
Технический результат достигается тем, что ЭОК для питания погружных нефтяных насосов выполнен из трех изолированных электрических жил, расположенных параллельно друг другу в одной плоскости, продольно наложенных лент из нетканого полотна, по крайней мере, одного бронированного малогабаритного волоконно-оптического кабеля, введенного в пространство между поверхностями двух жил и внутренней поверхностью брони, выполненной из коррозионно-стойких оцинкованных лент. При этом, волоконно-оптический кабель, выполнен в виде скрученных шести стальных преформированных канатных проволок или прядей, образующих свободный канал в центре, в котором расположены одно или несколько оптических волокон.
Технический результат достигается также тем, что преформированые оцинкованные проволоки или пряди из проволок имеют диаметр 0,5 до 0,9 мм, обеспечивая устойчивость к статическим раздавливающим и ударным нагрузкам, возникающим в процессе изготовления, а также при проведении монтажных и эксплуатационных работ.
Технический результат достигается также тем, что гибкий оптический кабель имеет термостойкую и коррозионно-стойкую изоляцию, покрывающую броневое покрытие, толщиной менее 0,3 мм.
Полезная модель иллюстрируется чертежами.
На рис.1а изображено сечение электрооптического кабеля.
На рис.1б изображены два варианта выполнения оптического модуля из прядей проволок и единичных проволок.
На рисунках: 1 - изолированные электрические жилы кабеля, 2 - волоконно-оптические бронированные кабели, 3 - оптические волокна, 4 - ленточная броня, 5 - проволочная броня оптического кабеля, 6 - изоляция оптического кабеля, 7 - продольно расположенная лента из нетканого полотна.
Производство электрооптического кабеля, (рис.1а), включает процесс изготовления бронированного оптического микрокабеля, изолированных электрических жил и бронирование ЭОК.
2
Волоконно-оптический кабель изготавливают из шести гибких стальных предварительно преформированных проволок (или прядей проволок). Проволоки свивают с выбранным шагом скрутки, формируя полую трубку в центре, и помещают в ней одно или несколько кварцевых волокна с лаковым покрытием диаметром около 250 мкм. Более точно, в конструкции используют преформированные проволоки, диаметром 0,5-0,9 мм общим диаметром 1,5-2,8 мм с временным сопротивлением разрыва 160-220 кг/мм, использующихся в канатном производстве. Сверху броневое покрытие кабеля покрывают изоляционным слоем толщиной не более 0,3 мм из термостойкого материала, стойкого также к химически агрессивным средам, например, фторопластом. Внутри трубки может использоваться любое серийное волокно по спецификации ITU G651-G657 или другое температуростойкое волокно аналогичного диаметра.
При изготовлении (прежде всего при бронирование) ЭОК по конструкции, (рис.1a) - обмотке лентами, а также при проведении вспомогательных операций, проведении монтажных и эксплуатационных работ конструкция бронированного оптического кабеля, выполненного согласно предлагаемому техническому решению, обладает стойкостью к статическим раздавливающим нагрузкам, растяжению, динамическим воздействиям, сохраняет геометрию по всей длине, и обеспечивает сохранение оптических волокон в центре бронированной трубки оптического кабеля. Термостойкая и стойкая к химическим агрессивным средам изоляция оптического кабеля обеспечивает дополнительную защиту. В целом конструкция кабеля обеспечивает его работоспособность для питания погружных насосов, в том числе возможность контроля температуры по длине и передачу дополнительных телеметричесчких систем из скважины для обеспечения комплексного управления нагрузкой в целом.
Были изготовлены образцы предлагаемого электрооптического кабеля и проведены его успешные испытания на действующей скважине вместе с системой температурного мониторинга на основе оптического рамановского рефлектометра.
Литература:
1. Flat power cable US Patent №2011/0011617 A1 Int. C1 H01B 7/08. Приоритет от Jan. 11, 2008 г.
2. Кабель для установок погружных насосов. РФ. Патент на полезную модель №74004. Приоритет от 29.01.2008 г.
3. Мокански. Силовой кабель высокого напряжения со встроенным волоконно-оптическим модулем. Кабельная техника 2009 г. №2 (315) стр 14-163.
4. ГОСТ Р 51777-2001. Кабели для установок погружных насосов.
5. Г.Мальке, П.Гессинг. Волоконно-оптические кабели. Глава 9. Перевод с немецкого. Издание второе дополненное 2001 г. LINGUA-9, Новосибирск.
6. Зазирный М.В и др. Патент RU №2238578 кл G02B 6|44.
7. Armored flat cable signalling and instrument Power Acquisition US Patent №2008|0093922 A1.Int.C1 H01J 3/34 от Dec.17,. 2007.