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 высокой температуры, высокого газового фактора, агрессивной среды, коррозией оборудования, высоким риском механического повреждения кабеля.
ОАО «Татнефть» эксплуатирует месторождения нефти, скважинные условия при разработке которых отличаются следующими факторами:
1. Высокая температура в скважине (до 130°С).
2. Проведение монтажных работ при низкой температуре (до -40°С).
3. Большая кривизна стволов скважин (до 50°) в комплексе с использованием дополнительных колонн, летучек и другого оборудования для сохранения работоспособности скважин, что повышает риск механического повреждения оборудования при проведении спуско-подъемных операций. При динамических ударах могут возникнуть деформации бронепокрова кабеля с последующим повреждением изоляции токопроводящих жил.
4. Влияние растворенного в пластовой жидкости газа на состояние изоляции. При этом на состояние изоляции может влиять также состав газов, так как с увеличением числа углеродных атомов в молекулах углеводородов, диффундирующих через изоляцию, коэффициенты проницаемости возрастают.
5. Выход из строя кабеля при длительной эксплуатации в результате механической деформации изоляции под воздействием температурного расширения медных жил. Проникновение пластовой жидкости до материала изоляции токопроводящих жил может вызвать набухание изоляции, приводящее к растрескиванию изоляции средней фазовой жилы кабеля. Эти факторы могут вызвать так называемый «пробой кабеля на ровном месте», который, как показывает опыт эксплуатации, возникает в основном в местах крепления кабеля к НКТ клямсами.
6. Электрохимическая коррозия оборудования, в том числе бронепокрова кабеля, что может быть следствием влияния агрессивной скважинной жидкости, а также влияния различных агрессивных реагентов, которые используются для повышения нефтеотдачи пластов, очистки скважины и пласта.
Совокупность этих факторов может приводить к снижению межремонтного периода работы скважин и, следовательно, к снижению эффективности геолого-технических мероприятий, к ухудшению экономических показателей разработки месторождений.
После подъема установки кабель направляется на ремонт и может быть использован повторно. В случае значительного ухудшения технологических свойств кабель может быть направлен на переработку. При ремонте и переработке кабеля возникает множество проблем, среди которых:
1. Значительное загрязнение поверхности кабеля отложениями АСПО, причем удаление этих отложений затруднено из-за их попадания под перекрытие бронепокрова, очистка поверхности кабеля вручную травмоопасна из-за возможных заусенец металла.
2. При переработке кабеля с общей изоляционной оболочкой, которая расположена между бронепокровом и изолированными жилами приходится использовать сложное и дорогостоящее оборудование, чтобы при разделке такого кабеля преодолеть адгезию между общей оболочкой и изолированными жилами.
Известен кабель электрический, который содержит цилиндрические, расположенные в одной плоскости, изолированные токопроводящие жилы, оболочку и броню из стальной профилированной ленты, при этом три жилы плотно прижаты своей изоляцией друг к другу по всей длине и покрыты общей оболочкой с образованием клиньев из материала оболочки между ними; общая оболочка по плоским сторонам выполнена с толщиной в диапазоне 0,7-1,0 мм, а по боковым сторонам - 1,0-1,5 мм. Задачей известного технического решения является увеличение срока службы при эксплуатации кабеля на глубинах свыше 2000 метров, сохранение целостности изоляции после разделки для соединения и при спуско-подъемных операциях в наклонных скважинах, сохранение от раздавливания изоляции средней жилы в местах соприкосновения с другими двумя боковыми жилами при работе в условиях повышенных температур (RU, патент 2302681, Н01В 7/08, 2006 г.).
Известный кабель обеспечивает сохранение целостности изоляции при спуско-подъемных операциях, однако не обеспечивает высокую термостойкость до 130°С, не обеспечивает защиту бронепокрова кабеля от возможных деформаций при динамических ударах, что может вызвать разрушение антикоррозионного покрытия бронепокрова и, следовательно, электрохимическую коррозию.
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, Н01В 7/00, 2007 г.).
Данная конструкция кабеля обеспечивает продольную гибкость кабеля и высокую термостойкость, однако не обеспечивает сохранение целостности изоляции при спуско-подъемных операциях и достаточную защиту от влияния растворенного в пластовой жидкости газа на состояние изоляции, не обеспечивает защиту бронепокрова кабеля от возможных деформаций при динамических ударах, что может вызвать разрушение антикоррозионного покрытия бронепокрова и электрохимическую коррозию
3
Наиболее близким аналогом является кабель электрический для питания электродвигателей погружных нефтяных насосов, содержащий токопроводящие жилы, изолированные адгезированными слоями радиационно-модифицированного полиэтилена, оболочку, подушку и броню, при этом общая дополнительная оболочка выполнена из термопласта толщиной 0,7-1,0 мм по плоской стороне, а по боковым сторонам - 1,0-1,5 мм, и расположена поверх трех изолированных жил, уложенных в одной плоскости продольно и плотно прижатых друг к другу изоляцией, предварительно обработанной плазмой. Задачей известного технического решения является увеличение срока службы при эксплуатации кабеля на глубинах до 3000 метров с температурой пластовой жидкости от 140°С до 160°С, при газовом факторе свыше 300 м/т. (RU, патент 2302678, Н01В 7/02, 2006 г.).
Данная конструкция кабеля обеспечивает высокую термостойкость, сохранение целостности изоляции при спуско-подъемных операциях и достаточную защиту от влияния растворенного в пластовой жидкости газа на состояние изоляции, однако не обеспечивает защиту бронепокрова кабеля от возможных деформаций при динамических ударах, что может вызвать разрушение антикоррозионного покрытия бронепокрова и, следовательно, электрохимическую коррозию.
Решаемая техническая задача заключается в разработке и создании силового кабеля для погружных электронасосов, обладающего высокой термостойкостью (до 130°С); позволяющему вести монтажные работы при низкой температуре (до -40°С); сохраняющего целостность изоляции при спуско-подъемных операциях, обладающего достаточной защитой от влияния растворенного в пластовой жидкости газа на состояние изоляции, обеспечивающего защиту бронепокрова кабеля от возможных деформаций при динамических ударах, обеспечивающего легкость его ремонта и переработки.
Достигаемый технический результат заключается в следующем:
- наложение на медные токопроводящие жилы изоляции из блоксополимера пропилена с этиленом;
- использование материалов, обладающих термостойкостью до 130°С и хладостойкостью до -40°С;
- бронирование антикоррозионной стальной лентой с перекрытием 30-35%, с уменьшением сжимающей нагрузки;
- покрытие бронированного кабеля общей защитной оболочкой из композиции пропилена, стойкой к маслам и высокой температуре.
Кабель электрический содержит:
2
1. цилиндрические, расположенные в одной плоскости, медные токопроводящие жилы с двухслойной изоляцией из блоксополимера пропилена с этиленом; количество токопроводящих жил - 3, сечение токопроводящих жил - от 8 до 25 мм; номинальная радиальная толщина каждого слоя изоляции - 1,4 мм;
2. общую подушку под броней из нетканого полотна;
3. броню из профилированной ленты из коррозионно-стойких сплавов, причем при бронировании сжимающая нагрузка ленты уменьшена для исключения выхода из строя кабеля при некотором возможном разбухании изоляции во время эксплуатации;
4. общую, поверх бронепокрова, оболочку из композиции пропилена толщиной 0,7-1,0 мм, которая обеспечивает:
- дополнительную защиту от механических повреждений при проведении спуско-подъемных операциях на скважине,
- защиту бронепокрова кабеля от возможных деформаций при динамических ударах, вызывающих разрушение антикоррозионного покрытия бронепокрова и, следовательно, электрохимическую коррозию,
- защиту от проникновения пластовой жидкости до материала изоляции токопроводящих жил, защищая таким образом от набухания, приводящего к растрескиванию средней фазовой жилы кабеля;
- повышение безопасности и технологичности при ремонте кабеля и при переработке кабеля, отслужившего свой срок.
Признаками полезной модели являются:
1. цилиндрические, расположенные в одной плоскости, медные токопроводящие жилы с изоляцией из блоксополимера пропилена с этиленом;
2. использование изолирующих материалов, обладающих термостойкостью до 130°С и хладостойкостью до -40°С;
3. общая подушка под броней из нетканого полотна;
4. бронепокров, в виде антикоррозионной стальной лентой с перекрытием 30-35% со ступенчатым противозадирным профилем;
5. при бронировании сжимающая нагрузка ленты уменьшена благодаря зазору 0,3-0,4 мм между бронелентой и подушкой из нетканого полотна под бронепокровом по плоским сторонам кабеля для исключения выхода из строя кабеля при некотором возможном разбухании изоляции во время эксплуатации;
6. общая, поверх бронепокрова, оболочка, которая обеспечивает дополнительную защиту от механических повреждений при проведении спуско-подъемных операциях на скважине; защиту бронепокрова кабеля от возможных деформаций при динамических ударах, вызывающих разрушение антикоррозионного покрытия бронепокрова и, следовательно, электрохимическую коррозию; защиту от проникновения пластовой жидкости до материала изоляции токопроводящих жил, защищая таким образом от набухания, приводящего к растрескиванию средней фазовой жилы кабеля; повышение безопасности и технологичности при ремонте кабеля и при переработке кабеля, отслужившего свой срок.
7. общая оболочка толщиной 0,7-1,0 мм выполнена из композиции пропилена, стойкой к маслам и высокой температуре.
Признаки 1-4 являются общими с прототипом, признаки 5-7 являются существенными отличительными признаками полезной модели.
Сущность полезной модели
При эксплуатации нефтяных месторождений с использованием закачки различных агрессивных реагентов для повышения нефтеотдачи пластов, очистки скважины и пласта, с температурой в скважине до 130°С, при проведении монтажных работ при низкой температуре (до -40°С) существует проблема использования оборудования, способного работать в условиях воздействия высоких и низких 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 месторождений нефти, эксплуатируемых ОАО «Татнефть», отличаются большой кривизной стволов скважин (до 50°) в комплексе с использованием дополнительных колонн, летучек и другого оборудования для сохранения работоспособности скважин, что повышает риск механического повреждения оборудования при проведении спуско-подъемных операций. При динамических ударах могут возникнуть деформации бронепокрова кабеля с последующим повреждением изоляции токопроводящих жил. Возможен также выход из строя кабеля при длительной эксплуатации в результате механической деформации изоляции под воздействием температурного расширения медных жил. Проникновение пластовой жидкости до материала изоляции токопроводящих жил может вызвать набухание изоляции, приводящее к растрескиванию изоляции средней фазовой жилы кабеля. Эти факторы могут вызвать так называемый «пробой кабеля на ровном месте», который, как показывает опыт эксплуатации, возникает в основном в местах крепления кабеля к НКТ клямсами. Повреждения бронепокрова в совокупности с влиянием агрессивной скважинной жидкости, различных агрессивных реагентов, которые используются для повышения нефтеотдачи пластов, очистки скважины и пласта, могут вызвать электрохимическую коррозию бронепокрова, что сделает невозможным повторное использование кабеля.
При ремонте и переработке кабеля также возникает множество проблем, усложняющих технологические процессы, среди которых значительное загрязнение поверхности кабеля отложениями АСПО и сложность переработки кабеля с общей изоляционной оболочкой при ее расположении между бронепокровом и изолированными жилами.
В предложенной модели решается задача обеспечения высокой термостойкости (до 130°С) и высокой хладостойкости (до -40°С) кабеля, сохраняющего целостность изоляции при спуско-подъемных операциях, обладающего достаточной защитой от возможных деформаций при динамических ударах, защитой от электрохимической коррозии, проникновения пластовой жидкости до материала изоляции токопроводящих жил, обеспечивающего повышение безопасности и технологичности при ремонте кабеля и при переработке кабеля, отслужившего свой срок. Задача решается следующим образом.
При разработке нефтяной залежи ведут закачку воды через нагнетательные скважины и отбор нефти через добывающие скважины. В добывающую скважину ДН 5 с глубиной пласта 1350 м спущена установка с электродвигателем и насосом ЭЦН5-125x1400 на НКТ длиной 1100 м, электроэнергия к установке подается с помощью кабеля специальной конструкции. Дебит добывающей скважины составляет 120 м3/сут. Для повышения нефтеотдачи пластов использовались закачки реагентов, что влияло на электрохимическую коррозию оборудования. Кривизна скважины 45°. Внутренний диаметр колонны 102 мм. Межремонтный период работы скважины составлял 800 суток. Одной из причин выходов из строя установки являлся выход из строя кабеля. При использовании кабеля специальной конструкции осложнений не возникло. В среднем межремонтный период работы скважины увеличится более, чем в полтора раза.
На фиг. 1 представлена конструкция электрического кабеля, предназначенного для подачи электрической энергии к погружным электроустановкам.
1. Медная токопроводящая жила (ТПЖ) (на скважине ДН 5 используется кабель 3x10 с номинальным диаметром токопроводящих жил 3,57 мм);
2. Первый слой изоляции ТПЖ из блоксополимера пропилена с этиленом;
3. Второй слой изоляции ТПЖ из блоксополимера пропилена с этиленом;
4. Общая подушка под броню из нетканого полотна;
5. Бронепокров из стальной коррозийно-стойкой ленты (ширина используемой ленты 20 мм)
6. Общая, поверх бронепокрова, оболочка из композиции пропилена (толщина оболочки 0,7-1,0 мм);
Применение предложенного кабеля позволит решить задачу повышения межремонтного периода добывающих скважин, эксплуатация которых осложнена воздействием высоких температур (до 130°С), низких температур (до -40°С), большой кривизной ствола скважин, сложной конструкцией скважин, влиянием растворенного в пластовой жидкости газа, влиянием возможных деформаций бронепокрова на состояние изоляции и возникновение электрохимической коррозии; позволит повысить безопасность и технологичность при ремонте кабеля и при переработке кабеля, отслужившего свой срок