ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ КАБЕЛЬ

Полезная модель относится к кабельной технике и может быть использовано для питания погружных электросистем, преимущественно электродвигателей погружных нефтенасосов при добыче нефти из скважин с высоким газовым фактором
На работоспособность кабелей электродвигателей погружных нефтенасосов влияют многие факторы, в том числе:
- высокие температуры, часто приводящие к плавлению кабельной изоляции;
- агрессивное воздействие на кабельную изоляцию внутрискважинной жидкости, состоящей из смеси нефти, воды, солей и кислот;
- растворенный в полимере под высоким давлением газ, который при подъеме из скважены может расширяясь разрушить полимерную оболочку кабеля.
Известен электрический кабель для питания электродвигателей погружных электронасосов содержащий изолированные токопроводящие жилы и оболочку из термоэластопласта, расположенную на каждой жиле и/или общей на всех вместе, при этом изоляция жил выполнена из бескислородно-радиационно-модифицированного через оболочку из термоэластопласта полиэтилена высокой плотности. Расположение оболочки из термоэластопласта на каждой жиле и/или на всех вместе, по мнению авторов, позволяет провести бескислородное радиационное модифицирование полиэтилена высокой плотности, поскольку после покрытия термоэластопластом изоляции токопроводящих жил доступ воздуха к изоляции исключен (RU, патент №2309474, Н01В 7/02, 2006 г).
Основным недостатком прототипа является низкий ресурс работы кабеля, особенно в скважинах с большим содержанием воды и кислот во внутрискважинной жидкости при температурах от 100°C и выше. В скважинах с отмеченными особенностями эксплуатации отмечались случаи полного разрушения оболочки из термоэластопласта. Это объясняется тем, что оболочка, защищая поверхность изоляции токопроводящей жилы от кислорода при радиационной модификации, сама подвергается глубокой радиационно-окислительной деструкции с наружной стороны. В результате радиолиза под действием ионизирующего излучения обильно образующиеся гидроксильные группы соединяются с молекулярной структурой материала оболочки, повышая таким образом ее гидрофильность. В скважинах процесс диффузии жидкости в оболочку кабеля был настолько интенсивен, что в ряде случаев приводил к потере его конструктивной целостности.
Другим недостатком известного кабеля является плохое адгезионное сцепление между материалами изоляции и оболочки вследствие различий их молекулярного строения. Плохое адгезионное сцепление приводит к образованию полостей между изоляцией и оболочкой. В этих полостях также находится кислород воздуха и облучение кабеля с плохой адгезией между материалами изоляции и оболочкой, строго говоря, не является бескислородным. В этих местах изоляция кабеля окислена. В процессе эксплуатации эти полости заполняются внутрискважинной жидкостью, что ускоряет процесс разрушения кабеля.
Кроме того, кабель с изолированными жилами в общей оболочке из термоэластопласта содержит заполненные воздухом полости в областях, близких к точкам соприкосновения изолированных жил, куда вязкий расплав термоэластопласта не в состоянии проникнуть при экструзии.
Кроме того, поскольку глубина нефтедобычи с каждым годом возрастает и возрастают давления и температура внутри скважины, в процессе нефтедобычи, растворенный под высоким давлением газ диффундирует в полимерный материал и насыщает его. При подъеме насоса из скважины растворенный газ начинает выходить из термопласта и устремляется в зону минимального давление т.е. в зазор между полиимидным покрытием токопроводящей жилы и термопластичной оболочки кабеля. Объем газа настолько большой, что он не успевает выходить на поверхность и развивающееся давление в зазоре приводит к разрушению оболочки жилы.
Такой кабель имеет низкий ресурс работы по вышеизложенным причинам.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является электрический кабель содержащий три изолированные друг от друга медные токопроводящие жилы, расположенные параллельно в одной плоскости, покрытые защитной подушкой из нетканого материала и стальной броней, изоляция жил выполнена в виде пленочного покрытия, включающего полиимид, на которое нанесена термопластичная оболочка, (RU, патент №2302049, кл. Н01В 7/08, 2007 г.).
Недостатками известного электрического кабеля является то, что, поскольку глубина нефтедобычи с каждым годом возрастает и возрастают давления и температура внутри скважины, в процессе нефтедобычи, растворенный под высоким давлением газ диффундирует в полимерный материал и насыщает его. При подъеме насоса из скважины растворенный газ начинает выходить из термопласта и устремляется в зону минимального давление т.е. в зазор между полиимидным покрытием токопроводящей жилы и термопластичной оболочки кабеля. Объем газа настолько большой, что он не успевает выходить на поверхность и развивающееся давление в зазоре приводит к разрушению оболочки жилы.
Технический результат на достижение которого направлено настоящая полезная модель заключается в увеличении срока службы кабеля, путем повышение его надежности, за счет существенного улучшения механических характеристик изоляции при скоростных подъемах кабеля после длительного пребывания в скважине на глубинах до 3000 метров с температурой пластовой жидкости от 90 до 250°.
Указанный технический результат достигается тем, что в электрическом кабеле содержащем три изолированные друг от друга медные токопроводящие жилы, расположенные параллельно в одной плоскости, покрытые защитной подушкой из нетканого материала и стальной броней, а изоляция жил выполнена в виде пленочного покрытия, включающего полиимид, на которое нанесена термопластичная оболочка, согласно полезной модели, между пленочным покрытием, нанесенным на медную жилу и термопластичной оболочкой размещено дополнительное покрытие, выполненное из базальтовых нитей с номинальной линейной плотностью от 54 до 140 текс и со средним диаметром элементарного волокна 8-13 мкм.
2
Кроме того, указанный технический результат достигается тем, что покрытие из базальтовых нитей может быть выполнено в виде сплетенной сетчатой оболочки с плотностью упаковки от 5 до 240 нитей на см.
Кроме того, указанный технический результат достигается тем, что покрытие из базальтовых нитей может быть выполнено в виде нитей, уложенных вдоль токопроводящей жилы на расстоянии от 0,5 до 3 мм друг от друга.
Кроме того, указанный технический результат достигается тем, что термопластичная оболочка выполнена двухслойной, при этом между слоями размещено покрытие из базальтовых нитей.
Нанесение сетки из базальтовой нити с номинальной линейной плотностью от 54 до 140 текс и со средним диаметром элементарного волокна 8-13 мкм позволяет сформировать проводник для выхода газа на поверхность. Волокна базальта не смачиваются фторопластом и пространство вдоль первичных нитей свободно для перемещения большого объема газа.
Поскольку базальтовая нить при нанесении оболочки не пропитывается расплавом (из-за высокой вязкости полимера), то при скоростном подъеме кабеля выступает в качестве проводника газа.
Конструкция электрического кабеля поясняется чертежами, где:
на фиг. 1 изображен общий вид электрического кабеля;
на фиг. 2 изображен вариант нанесения базальтовой нити на токопроводящую жилу (плетение базальтовый нити);
на фиг. 3 - вариант продольной укладки базальтовых нитей;
На фиг. 4 - вариант двухслойной термопластичной оболочки.
Электрический кабель содержит три изолированные друг от друга медные токопроводящие жилы 1, изоляция жил включает полиимидное или полиимид-фторопластовая покрытие пленочное покрытие 2, покрытое термопластичной оболочкой 3, между пленочным покрытием 2, нанесенной на медную жилу и термопластичной оболочкой 3 размещено дополнительное покрытие 4, выполненное из базальтовых нитей с номинальной линейной плотностью от 54 до 140 текс и со средним диаметром элементарного волокна 8-13 мкм. Изолированные токопроводящие жилы покрыты защитной подушкой 5 из нетканого материала и стальной броней 6.
2
Покрытие 4 из базальтовых нитей может быть выполнено в виде сплетенной сетчатой оболочки с плотностью упаковки от 5 до 240 нитей на см (фиг. 2).
Покрытие из базальтовых нитей может быть выполнено в виде нитей, уложенных вдоль токопроводящей жилы на расстоянии от 0,5 до 3 мм друг от друга (фиг. 3).
Термопластичная оболочка 3 выполнена двухслойной (7,8), при этом между слоями размещено покрытие из базальтовых нитей 4 (фиг. 4).
Погружной кабель применяется для подвода электропитания к нефтепогружным насосам. Глубина нефтедобычи с каждым годом возрастает и возрастают давления и температура внутри скважины.
В процессе нефтедобычи, растворенный под высоким давлением газ диффундирует в полимерный материал и насыщает его. При подъеме насоса из скважины растворенный газ выделяется из термопласта и устремляется в зону минимального давление т.е. в зазор между полиамидным покрытием 2 токопроводящей жилы 1 и термопластичной оболочки 3 кабеля. Объем газа настолько большой, что он не успевает выходить на поверхность и развивающееся давление в зазоре приводит к разрушению оболочки жилы.
Нанесение базальтовой нити 4 позволяет сформировать проводник для выхода газа на поверхность. Волокна базальта не смачиваются фторопластом и пространство вдоль элементарных волокон свободно для перемещения большого объема газа.
Наиболее эффективно покрытие, выполненное из базальтовых нитей с номинальной линейной плотностью от 54 до 140 текс и со средним диаметром элементарного волокна 8-13 мкм.
2
Покрытие из базальтовых нитей может быть выполнено в виде сплетенной сетчатой оболочки с плотностью упаковки от 5 до 240 нитей на см, или виде нитей, уложенных вдоль токопроводящей жилы на расстоянии от 0,5 до 3 мм друг от друга.
Таким образом, использование предложенного технического решения позволит увеличить срока службы электрического кабеля, путем повышение его надежности, за счет существенного улучшения механических характеристик изоляции при скоростных подъемах кабеля после длительного пребывания в скважине на глубинах до 3000 метров с температурой пластовой жидкости от 90 до 250°.