КАБЕЛЬ ГИБКИЙ ДЛЯ СЕЙСМИЧЕСКИХ РАБОТ (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель относится к кабельной промышленности, а более конкретно - к гибким геофизическим кабелям, предназначенным для передачи и приема электрических сигналов высокой частоты при проведении сейсмических работ в полевых условиях при температуре окружающего воздуха от минус 60° до плюс 55°С с допустимым нагревом их в летний период до плюс 70°С.
Из уровня техники известны геофизические кабели для исследования наклонных и горизонтальных скважин. Как правило, такие кабели должны иметь высокое разрывное усилие, поскольку они выполняют одновременно с ролью информационного канала грузонесущую и проталкивающую роли. Увеличить их разрывную прочность можно или за счет увеличения количества проводников в жиле и слоев изоляции, что значительно повышает габариты кабеля, или за счет использования многослойной брони, что в свою очередь снижает гибкость кабеля и усложняет наматывание его на барабан. (Патенты РФ на изобретения №№2087929, 2138834, 2105326).
В известном геофизическом кабеле по патенту РФ на изобретение №2248594 каждая жила выполнена бронированной, а промежутки между ними и центральная часть заполнены проволоками. Все жилы и проволоки свиты между собой, а на эти свитки наложены многослойные повивы брони. Такая конструкция кабеля прочная и обладает повышенной осевой жесткостью, что очень важно при проталкивании кабеля в скважину. Однако такое исполнение отрицательно сказывается на гибкости кабеля. Кроме этого, за счет жесткости наружной брони радиусы изгиба у такого кабеля ограничены. Все перечисленные конструктивные особенности кабеля не позволяют использовать его для полевой сейсморазведки. Для полевой сейсморазведки геофизические кабели должны быть прочными и одновременно максимально гибкими и выдерживать широкий температурный диапазон эксплуатации, поскольку их эксплуатация происходит при многократных изгибах в любых климатических зонах на поверхности земли.
Наиболее близкой по технической сути и по назначению к заявляемому кабелю по обоим вариантам выполнения является конструкция многожильного кабеля для работ с цифровыми сейсмостанциями марки КЦПВ-74 (Технические условия ТУ-16-505.776-75, Подольсккабель). Он предназначен для работы в полевых
условиях в диапазоне температур от минус 40° до плюс 60°С для передачи сигналов частотой до 800 Гц. Содержит от 70 до 74 токопроводящих жил в полиэтиленовой изоляции толщиной 0,3мм. Жилы изготовлены из одной биметаллической проволоки (сталь-медь) диаметром 0,5 мм и скручены в пары с шагом скрутки не более 100 мм и отличаются в паре по цвету. Пары скручены в кабель по системе повивной скрутки. Повивы имеют взаимно противоположные направления и в каждом повиве пары отличаются расцветкой от других пар. Шаги скрутки для смежных пар в каждом повиве взаимно согласованы. Поверх верхнего повива наложена обмотка из полиэтилентерефталатной ленты с перекрытием, а поверх обмотки - оболочка из поливинилхлоридного пластиката толщиной 2,0 мм с минусовым отклонением 10%. Наружный диаметр кабеля составляет не более 19,5 см +5%, а вес 1 км кабеля - 330 кг. Конструкция известного кабеля за счет применения биметаллической проволоки имеет повышенную разрывную прочность, не менее 4,9 кН. Однако жилы из биметаллической проволоки, обладая высокой прочностью и упругостью, не очень гибкие, что затрудняет сматывание их на барабан при проведении полевых работ. Поскольку шаги скрутки смежных пар согласованы, то при передаче сигналов при частоте до 800 Гц обеспечена необходимая помехоустойчивость. Однако, при более высоких частотах согласованность шагов скрутки только смежных пар недостаточна, и не исключено влияние передающих каналов друг на друга. Кроме этого, наличие только передающих каналов в кабеле исключает одновременную передачу высокой электрической мощности и обеспечение электропитания приборов.
Задача состоит в расширении и улучшении эксплуатационных характеристик кабеля, что очень важно в условиях полевой работы, а также в обеспечении достоверных результатов при передаче высокочастотных сигналов.
Технический результат заключается в исключении влияния передающих каналов друг на друга, то есть в защите от воздействия внутренних помех, и повышении тем самым помехоустойчивости при передаче высокочастотных сигналов, а также в обеспечении высокой эксплуатационной надежности кабеля при многократных перемотках в условиях полевых работ.
Технический результат достигается следующим образом. Общее с прототипом для обоих вариантов является то, что заявляемый кабель содержит изолированные полиэтиленом или полипропиленом токопроводящие жилы, скрученные в пары, а затем эти пары скручены в кабель. В каждой паре жилы
R
отличаются по цвету. Кабель содержит также обмотку из полиэтилентерефталатной пленки, наложенную поверх общей скрутки пар, расцветка каждой из которых отличается от расцветки других пар, и оболочку из эластичного материала поверх обмотки. В отличие от прототипа заявляемый кабель по первому варианту дополнительно содержит упрочняющий сердечник в оболочке из полиэтилена или полипропилена, скрученный из высокомодульных технических нитей, например НСВМ (ГОСТ 28007) или РУСАР (ТУ 2272-001-51605609), и две изолированные полиэтиленом или полипропиленом силовые токопроводящие жилы, расположенные симметрично относительно сердечника и отличающиеся друг от друга по цвету. Пары и эти силовые жилы скручены в кабель вокруг упрочняющего сердечника, при этом изолированные токопроводящие жилы скручены в пары однонаправленной скруткой, а шаги скрутки всех пар взаимно согласованы. Все токопроводящие жилы выполнены из медных или медных луженых оловом проволок.
Отличием является также то, что кабель по первому варианту может содержать две пары токопроводящих жил для передачи электрических сигналов частотой до 12 МГц с толщиной изоляции не менее 0,4 мм и четыре пары токопроводящих жил для приема электрических сигналов частотой до 1 кГц с толщиной изоляции не менее 0,25 мм.
R
По второму варианту заявляемый кабель отличается от прототипа тем, что одна из пар токопроводящих жил скручена с двумя упрочняющими жгутами из высокомодульных технических нитей, например НСВМ (ГОСТ 28007) или РУСАР (ТУ 2272-001-51605609), и образует центральный упрочняющий элемент, при этом кабель дополнительно содержит две изолированные полиэтиленом или полипропиленом силовые токопроводящие жилы, расположенные симметрично относительно этого упрочняющего элемента и отличающиеся друг от друга по цвету. Пары и эти силовые жилы скручены в кабель вокруг упрочняющего элемента, кроме того, изолированные токопроводящие жилы скручены в пары однонаправленной скруткой, шаги скрутки всех пар взаимно согласованы. Все токопроводящие жилы выполнены из медных или медных луженых оловом проволок.
В частных случаях выполнения кабель по второму варианту содержит 5 пар токопроводящих жил для передачи электрических сигналов частотой до 12 МГц с толщиной изоляции не менее 0,4 мм.
2
Кроме этого, оболочка кабеля по обоим вариантам выполнена одно- или двухслойной из термоэластопласта или термопластичного полиуретана, или из поливинилхлоридного пластиката. Силовые токопроводящие жилы имеют сечение 1,34 мм и толщину изоляции от 0,4-0,05 мм до 0,4+0,05 мм.
Введение в конструкцию кабеля двух силовых токопроводящих жил, поперечное сечение которых намного больше передающих жил, позволило использовать его не только в качестве передающего сигналы (измерительного), но и силового при габаритах, допускающих его использование в полевых условиях. Оптимальные значения изоляции, согласованность шагов скрутки пар, а также тот факт, что сопротивление токопроводящих жил из медных проволок меньше, чем из биметаллических, позволяют исключить влияние высокочастотных электрических сигналов друг на друга, обеспечить малые электрические потери и малое затухание сигналов, тем самым повысить помехоустойчивость и получать достоверные результаты. Заявляемый кабель за счет упрочняющего сердечника из высокомодульных технических нитей (по первому варианту) и упрочняющего элемента, образованного путем скрутки пары со жгутами из высокомодульных технических нитей (по второму варианту), характеризуется малым линейным растяжением под воздействием механической нагрузки при протягивании кабеля, в том числе и в трудных эксплуатационных условиях, например на болотах, то есть кабель имеет высокую прочность на растяжение, которая за счет применения этих технических нитей выше, чем у прототипа. Высокая прочность на растяжение в свою очередь дает возможность применения медных проводников малого диаметра в качестве токопроводящих жил для передачи высокочастотных сигналов. Применение технических нитей и мягкой, легкой и пластичной меди обеспечивают гибкость (а значит легкое наматывание на барабан лебедки), меньший вес и габариты. Все это положительно сказывается на эксплуатационной надежности кабеля.
Оба предложенных варианта кабеля образуют единый творческий замысел, поскольку они имеют одно и то же назначение и при их осуществлении достигается одинаковый технический результат, заключающийся в исключении влияния передающих каналов друг на друга при передаче высокочастотных сигналов, а также в обеспечении гибкости и высокой прочности на растяжение. Все это положительно сказывается на эксплуатационной надежности кабеля при его многократных перемотках в условиях полевых работ.
Указанная совокупность существенных признаков заявляемой полезной модели не обнаружена в уровне техники, что подтверждает новизну заявляемого кабеля.
Далее полезная модель поясняется чертежами. На фиг.1 изображено поперечное сечение кабеля по первому варианту. На фиг.2 - поперечное сечение кабеля по второму варианту
R
R
Кабель содержит силовые токопроводящие жилы 1, изолированные полиэтиленом или полипропиленом, и токопроводящие, тоже изолированные полиэтиленом или полипропиленом, жилы 2, скрученные в пары 3 (фиг.1, 2), и жилы 4, скрученные в пары 5 (фиг.1). Две пары 3 токопроводящих жил 2 и четыре пары 5 жил 4 (фиг.1) скручены вместе с силовыми токопроводящими жилами 1 вокруг упрочняющего сердечника 6, который скручен из высокомодульных технических нитей НСВМ (ГОСТ 28007) или РУСАР (ТУ 2272-001-51605609). Упрочняющий элемент по второму варианту (фиг.2) образован одной из пяти пар 3 токопроводящих жил, скрученных с двумя упрочняющими жгутами 7, выполненных также из высокомодульных технических нитей НСВМ или РУСАР Остальные четыре пары 3 из пяти пар токопроводящих жил 2 (фиг.2) скручены вместе с силовыми токопроводящими жилами 1 вокруг этого упрочняющего элемента. Возможно применение и других равноценных материалов из номенклатуры высокомодульных технических нитей для изготовления упрочняющего сердечника 6 и жгутов 7. Сердечник 6 (фиг.1) выполнен в оболочке из полиэтилена или полипропилена. Поверх общей скрутки пар 3, 5 и силовых токопроводящих жил 1 (фиг.1) или пар 3 и жил 1 (фиг.2) наложена обмотка 8 из полиэтилентерефталатной пленки, а поверх обмотки 8 - оболочка 9 из термоэластопласта или термопластичного полиуретана, или из поливинилхлоридного пластиката. Оболочка может быть однослойной или двухслойной, но ее номинальная толщина должна составлять не менее 1,5 мм. Нижнее допустимое отклонение от толщины не должно превышать 0,15 от этого значения.
2
Все передающие токопроводящие жилы выполнены сечением 0,12 мм из медных или медных луженых оловом проволок и соответствуют классу 4 по ГОСТ 22483. Толщина изоляции жил 2 не менее 0,4 мм, а жил 4 - не менее 0,25 мм. Изоляция токопроводящих жил 2, 4 в каждой паре 3, 5 отличается по цвету. Кроме того, пары 3, 5 отличаются друг от друга цветом хотя бы одной изолированной токопроводящей жилы. Каждая пара 3, 5 имеет свой шаг скрутки и эти шаги взаимно
2
согласованы для всех пар. Силовые токопроводящие жилы скручены из 19 медных проволок диаметром 0,3 мм с шагом скрутки не более 16 диаметров по скрутке и имеют сечение 1,34 мм и толщину изоляции от 0,4-0,05 мм до 0,4+0,05 мм. Изоляция жил отличается по цвету. Номинальный диаметр кабеля при перечисленных параметрах составляет 10 мм, а вес 1 км кабеля до 114 кг. Как видно, его габариты и масса намного ниже, чем у прототипа. Конструктивные параметры кабеля определяются исходя из требований к электрическим параметрам по известным методикам.
Полезная модель промышленно применима. Технология изготовления заявляемого кабеля проста и доступна и не требует сложного специального оборудования. Он изготавливается на кабельных заводах с применением стандартного технологического оборудования по типовым технологическим процессам. Концы упрочняющих элементов кабеля закрепляют клеем холодного отверждения, в состав которого входит, например, эпоксидная смола, полиэтиленполиамин, дибутилфталат и тальк. Размотка кабеля в процессе эксплуатации производится с барабана лебедки диаметром не менее 150 мм. Конструкция заявляемого кабеля и применяемые изоляционные материалы позволяют использовать его по поверхности почвы со следами нефти, органических кислот и солончаковости, а также располагать отдельные участки в воде на глубине не более 1 м. Заделку кабелей в присоединительные устройства производят приемами и методами, исключающими повреждения оболочки и изоляции жил.
Образцы кабелей были испытаны и показали хорошие результаты при передаче электрических сигналов частотой до 12 МГц при температуре окружающего воздуха от минус 50 до плюс 70°С. Кабель выдерживает 100 циклов изгибов на угол ±π радиан по радиусу, равному (50±5) мм при растягивающем усилии 50 Н при температуре до минус 45°С.