ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ КАБЕЛЬ ДЛЯ УСТАНОВОК ПОГРУЖНЫХ ЭЛЕКТРОНАСОСОВ

Полезная модель относится к области электротехнической промышленности и может быть использована в качестве силового электрического кабеля, предназначенного для подачи электрической энергии к установкам погружных электронасосов для добычи нефти при разработке месторождений, эксплуатация которых осложняется воздействием высоких температур.
В настоящее время в электротехнической промышленности усилия разработчиков направлены на решение задачи по созданию силового электрического кабеля, в частности для нефтехимической и газовой промышленности, обладающего повышенной термостойкостью.
Особенно остро данный вопрос стоит при разработке месторождений высоковязкой нефти, так как для интенсификации добычи нефти на таких месторождениях применяются тепловые методы.
ОАО «Татнефть» эксплуатирует Ашальчинское месторождение высоковязкой нефти, скважинные условия при разработке которого отличаются следующими факторами:
1. Разработка ведется с использованием закачки пара для снижения вязкости добываемой нефти.
2. Высокая температура в скважине, создающаяся после закачки пара.
3. Большая кривизна стволов скважин, ввиду необходимости интенсивного искривления ствола скважины, связанного с набором зенитного угла в 90° в продуктивном пласте на глубине всего 100-105 м по вертикали.
4. Использование технологии строительства "сквозных" горизонтальных скважин с выходом забоев на дневную поверхность.
5. Выход из строя кабеля при длительной эксплуатации в результате механической деформации изоляции под воздействием температурного расширения медных жил.
Известен кабель электрический, который содержит три токопроводящих жилы, первый, второй слои изоляции и слой оболочки, покрывающие каждую из жил, общие защитную подушку и бронепокров. Изоляция изготавливается из фторсополимеров, за счет чего термостойкость кабеля увеличивается до 230°C (RU, патент 2302049, H01B 7/08, 2007 г.). Указанный технический результат достигается тем, что кабель электрический содержит три токопроводящих жилы, расположенные параллельно в одной плоскости, причем каждая покрыта первым изоляционным слоем в виде полиимидно-фторопластовой пленки, соединенной с токопроводящей жилой спеканием, два других слоя: вторую изоляцию и оболочку, причем второй слой изоляции и оболочки выполнены из фторсополимера и соединены друг с другом и первым слоем изоляции экструзионно, защитную подушку, расположенную на последнем слое фторсоплимера и бронепокров, расположенный поверх защитной подушки.
Известный кабель обеспечивает высокую термостойкость, однако не обеспечивает достаточную разнонаправленную гибкость кабеля, необходимую при эксплуатации скважин Ашальчинского месторождения, а также длительную безаварийную работу кабеля.
Известен кабель электрический для установок погружных электронасосов, который состоит из заключенных в броню трех параллельно уложенных плоских токопроводящих жил, покрытых изоляцией. Жилы уложены в ячейки профилированной в поперечном сечении защитной ленты, а броня наложена методом обмотки. Изобретение увеличивает продольную гибкость кабеля и обеспечивает возможность его работы в условиях повышенных температур (RU, патент 2493624, H01B 7/00, 2007 г.).
Данная конструкция кабеля обеспечивает продольную гибкость кабеля и высокую термостойкость, однако не обеспечивает достаточную разнонаправленную гибкость кабеля, необходимую при эксплуатации скважин Ашальчинского месторождения. Также изготовление данного кабеля является технологически сложным процессом.
Наиболее близким аналогом является кабель электрический для установок погружных электронасосов, который содержит уложенные параллельно токопроводящие жилы, каждая из которых покрыта изоляцией и заключенные в общую броню из металлической ленты, отличающийся тем, что изоляция состоит из термообработанных четырех слоев полиамидно-фторопластовой пленки, наложенных непосредственно на токопроводящую жилу, поверх которых наложен слой из экструдируемого фторполимера (RU, патент 62478, H01B 7/00, 2007 г.).
Данная конструкция кабеля обеспечивает высокую термостойкость, однако не обеспечивает достаточную разнонаправленную гибкость кабеля, необходимую при эксплуатации скважин Ашальчинского месторождения, а также длительную безаварийную работу кабеля.
Решаемая техническая задача заключается в разработке и создании силового кабеля для погружных электронасосов, обладающего высокой термостойкостью, разнонаправленной гибкостью и длительной безаварийной работой.
Достигаемый технический результат заключается в изменении толщины фторопластовой оболочки, ширины используемой бронеленты, способа обмотки изолированных жил термостойкими лентами.
Указанный технический результат достигается тем, что кабель электрический содержит три токопроводящих жилы, расположенные параллельно в одной плоскости, причем каждая покрыта электроизоляционным слоем в виде нескольких полиимидно-фторопластовой пленок с перекрытием, адгезия достигается индукционным спеканием, второй слой представляет собой оболочку, выполненную из экструдируемого фторсополимера, защитную подушку, расположенную на оболочке из фторсоплимера и бронепокров, расположенный поверх защитной подушки.
Признаками полезной модели являются:
1. Наложение полиимидно-фторопластовой пленками на токопроводящую жилу происходит с перекрытием 50%;
2. наложение полиимидно-фторопластовой ленты производится следующим способом: намотка двух лент производится с перекрытием 50% разнонаправленной обмоткой, так чтобы в каждом поперечном сечении было 4 слоя пленки и спекается индукционным способом;
3. ширина используемой полиимидно-фторопластовой ленты варьируется применительно к каждому диаметру токопроводящей жилы:
п/п
Сечение токопроводящих жил кабеля (ТПЖ), мм<sup>2</sup>
Номинальный диаметр (ТПЖ), мм
Необходимая ширина ленты, мм
3×10
3,57
17
3×13,3
4,10
17-18
3×16
4,50
3×21,15
5,20
18-19
3×25
5,65
19
4. в качестве второго слоя (оболочки) используют фторсополимер, например, марки CG 95 «Дюпон». Толщина экструдируемого слоя составляет 0,6 мм. Данная толщина подобрана экспериментально и является достаточной для надежной изоляции. В то же время по сравнению с аналогами такая толщина дает существенную экономию на материалах и меньшие геометрические размеры изделия в целом (толщина и ширина), что способствует повышению гибкости кабеля и повышению безотказного периода работы:
п/п
Сечение токопроводящих жил кабеля (ТПЖ), мм<sup>2</sup>
Номинальный диаметр изолированной жилы, мм
Снижение расхода материалов, %
Известный аналог
Предлагаемый кабель
Оболочка из фторсополимера
Бронепокров
3×10
6,0
5,2
33
12
3×13,3
6,6
5,8
29
11
3×16
7,0
6,2
27
10
3×21,15
7,7
6,9
24
9,5
3×25
8,2
7,4
23
9
5. защитная подушка выполнена, например, из ленты из стеклянных волокон ЛСБ, при чем обмотке подвергается каждая изолированная жила в отдельности. Это дает демпфирующий эффект между жилами при тепловых расширениях кабеля при работе в скважинных условиях (температуры более 200C°). Также это дополнительная защита от сдавливания при бронировании и монтажно-демонтажных работах на скважине;
6. бронепокров, в виде металлической ленты с противозадирным профилем, наложен на защитную подушку с перекрытием 30-50%;
7. бронепокров выполнен лентой из коррозийно-стойких сплавов, при этом ширина используемой стальной оцинкованной ленты - 12-14 мм. Это повышает гибкость кабеля в целом и уменьшает нагрузку на оболочку при бронировании на линиях ленточного бронирования.
8. противозадирный профиль имеет в сечении форму ;
Признаки 1-2, 6, 8 являются общими с прототипом, признаки 3-5, 7 являются существенными отличительными признаками полезной модели.
Сущность полезной модели
При эксплуатации нефтяных месторождений с использованием тепловых методов, особенно на таких месторождениях, где иные методы неэффективны, например на месторождениях с высоковязкой нефтью, существует проблема использования оборудования, способного работать в условиях воздействия высоких температур в течении длительного периода без срывов и аварий. Одним из важнейших элементов оборудования является кабель, предназначенный для подачи электрической энергии к погружным электроустановкам.
Условия Ашальчинского месторождения высоковязкой нефти, кроме использования тепловых методов, отличаются большой кривизной стволов скважин, ввиду необходимости интенсивного искривления ствола скважины, связанного с набором зенитного угла в 90° в продуктивном пласте на глубине всего 100-105 м по вертикали, а также использованием технологии строительства "сквозных" горизонтальных скважин с выходом забоев на дневную поверхность. Большая кривизна скважин, а также температурное расширение медных жил, приводящее к деформации изоляции, предъявляют особые требования к конструкции кабеля. Кабель должен быть достаточно гибким как в продольном, так и поперечном направлении, изоляция должна выдерживать температурное расширение медных жил.
В предложенной модели решается задача повышения гибкости кабеля за счет изменения ширины используемой полиимидно-фторопластовой ленты, ширины бронепокрова, а также изменения способа обмотки стекловолокном изолированных жил. Задача решается следующим образом.
3
При разработке нефтяной залежи высоковязкой нефти ведут закачку пара через паронагнетательные скважины и отбор нефти через добывающие скважины. В добывающую скважину ДН1 с глубиной пласта 250 м и длиной горизонтального участка 300 м спущена установка с электродвигателем и насосом ЭЦН5 - 125×400 на НКТ длиной 450 м, электроэнергия к установке подается с помощью кабеля специальной конструкции. Дебит добывающей скважины составляет 125 м/сут.
На фиг. 1 представлена конструкция электрического кабеля, предназначенного для подачи электрической энергии к погружным электроустановкам.
1. Токопроводящая жила;
2. Изоляция из полиимидно-фторопластовых лент (на скважине ДН1 используется кабель 3×10 с номинальным диаметром (ТПЖ) 3,57 мм, ширина ленты 17 мм);
3. Оболочка из фторсополимера марки CG 95 «Дюпон» (толщина оболочки 0,6 мм, номинальный диаметр изолированной жилы кабеля 3×10-5,2 мм);
4. Обмотка (бандаж) из стеклянных лент (обмотке подвергается каждая изолированная жила в отдельности, это дает демпфирующий эффект между жилами при тепловых расширениях кабеля);
5. Общая подушка под броню из стеклянных лент;
6. Бронепокров (лента из оцинкованной или нержавеющей стали, ширина используемой ленты кабеля 3×10-12 мм)
Применение предложенного кабеля позволит решить задачу повышения межремонтного периода добывающих скважин, эксплуатация которых осложнена воздействием высоких температур и большой кривизной ствола скавжин.