КАБЕЛЬ ОДНОЖИЛЬНЫЙ ДЛЯ СКВАЖИННОЙ НАСОСНОЙ УСТАНОВКИ

Полезная модель относится к кабельной отрасли промышленности, а именно к конструкциям кабелей, по которым питающее напряжение постоянного тока от 750 до 2300 В подается к погружной части установки добычи нефти. Полезная модель относится также к области добычи нефти и других пластовых жидкостей и может быть использована в процессе эксплуатации скважин электропогружными насосами.
Из предшествующего уровня техники известны в основном трехжильные электрические кабели для установок погружных электронасосов, содержащие скрученные между собой или уложенные параллельно токопроводящие жилы. Например, кабель для погружных электронасосов по ТУ 16-505.129-2002 (информационно-технический сборник «Изделия кабельные», т. 6 «Кабели и провода различного назначения», часть 2, изд. ОАО «ВНИИКП», г. Москва). Известен также кабель электрический по патенту Российской Федерации на полезную модель №148502, МПК Н01В 7/08, содержащий скрученные или параллельно уложенные в одной плоскости токопроводящие жилы, каждая из которых покрыта двухслойной изоляцией, при этом первый слой выполнен из блоксополимера пропилена с этиленом, обмотку лентами из синтетического материала и ленточную броню, отличающийся тем, что второй слой изоляции выполнен из термопластичного полиуретана.
Признаки известного кабеля, совпадающие с признаками заявленной полезной модели, заключаются в выполнении кабеля с токопроводящей медной жилой, покрытой полимерной изоляцией, имеющего подушку под броню в виде обмотки лентами из синтетического материала и ленточную броню из стальной оцинкованной ленты.
Причиной, препятствующей получению в известных технических решениях результата, который обеспечивается полезной моделью, является то, что известные конструкции кабелей для погружных электронасосов выполнены трехжильными.
Наиболее близкой конструкцией кабеля для погружных электронасосов является конструкция, служащая прототипом для заявляемой полезной модели, защищенная патентом РФ №16882 МПК Н01B 7/00, содержащая одну токопроводящую жилу с тремя слоями полимерной изоляции.
Признаки известного кабеля, совпадающие с признаками заявленной полезной модели, заключаются в выполнении кабеля с одной токопроводящей жилой и наличие полимерной изоляции.
Недостатком известного технического решения или причина, препятствующая получению в известном техническом решении результата, который обеспечивается полезной моделью, является недостаточная защита кабеля от механических повреждений.
Задача, на решение которой направлено заявленное техническое решение заключается в уменьшении себестоимости электрического кабеля за счет снижения металлоемкости конструкции и повышение ее экономичности путем замены трехжильных кабелей питания электродвигателя на одножильный при сохранении высоких эксплуатационных характеристик и надежности установки в процессе эксплуатации.
Данная задача достигается за счет того, что одножильный электрический кабель для установок погружных электронасосов включает в себя одну медную мягкую токопроводящую однопроволочную круглую жилу, двухслойную изоляцию либо из полиэтилена низкого давления, либо из блоксополимера пропилена с этиленом, либо из сочетания в первом слое композиции силанольносшиваемой композиции полиэтилена, а во втором композиции блоксополимера пропилена с этиленом, либо из сочетания в первом слое композиции блоксополимера пропилена с этиленом, а во втором слое термопластичного полиуретана, либо из сочетания в первом слое резины, а во втором слое изоляции из свинца, подушку под броню из нетканого полотна и броню из стальных оцинкованных лент. При этом, по изоляции может быть дополнительно наложена полипропиленовая пленка.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является разработка конструкции кабеля, позволяющая при минимальных затратах повысить надежность установки кабеля в процессе эксплуатации погружных электронасосов.
Технический результат и решение поставленной задачи достигаются следующим образом.
Основными недостатками трехжильных кабелей для установок погружных электронасосов являются жесткие требования к изоляции, дороговизна, т.к. жилы кабеля изготавливаются из меди, высокая трудоемкость изготовления и большой вес. При этом существует опасность повреждения установки из-за перекрытия изоляции между жилами.
Конструкция кабеля прототипа проста в изготовлении, технологична, но три слоя изоляции кабеля недостаточно защищают кабель от механических повреждений при эксплуатации.
При изготовлении электрического кабеля для погружных электронасосов одножильным уменьшается расход дорогостоящей меди, конструкция более экономична, снижается металлоемкость конструкции, уменьшаются электрические потери и повышается надежность установки в процессе эксплуатации, а наложение на изоляцию подушки под броню и брони из стальных оцинкованных лент более надежно защищают токопроводящую жилу и изоляцию от механических повреждений, чем три слоя изоляции в прототипе.
Наличие различных слоев изоляции в кабеле обусловлено различным температурным индексом кабеля в зависимости от условий эксплуатации, т.е. от глубины и температуры скважины.
3
При температурном индексе 90°С изоляция кабеля изготавливается из полиэтилена низкого давления, высокой плотности. Удачное и редкое сочетание в полиэтилене химической стойкости, механической прочности, морозостойкости, хороших диэлектрических свойств, чрезвычайно низкие газопроницаемость и влагопоглощение, легкость и безвредность делают полиэтилен незаменимым при производстве кабелей для нефтепогружных насосов. Кроме того, полиэтилен низкого давления обладает прочностью, почти в два раза превышающей полиэтилен высокого давления. Его теплостойкость также выше на 15-20°С, увеличение плотности полиэтилена от 0,918 до 0,960 г/см сопровождается возрастанием твердости, уменьшением растворимости, снижением набухания в нефтепродуктах, лучшими термомеханическими характеристиками, но использоваться полиэтилен низкого давления в изоляции кабеля может только при эксплуатации до 90°С.
При более высоких температурах эксплуатации кабеля до 120-130°С двухслойную изоляцию изготавливают либо из блоксополимера пропилена с этиленом - оба слоя (120°С), либо первый слой - из композиции силаносшиваемого полиэтилена, а второй слой из композиции блоксополимера пропилена с этиленом (130°С). Блоксополимер пропилена с этиленом сочетают в себе свойства полипропилена и полиэтилена и намного превосходят по свойствам механические смеси полипропилена и полиэтилена. Для них характерны повышенная стойкость к растрескиванию (намного больше, чем у кабелей с полиэтиленовой изоляцией), хорошее качество поверхности изделий, высокая прочность при динамических испытаниях на изгиб, низкая усадка, высокая ударная вязкость и морозоустойчивость. Блоксополимеры обладают также высокой стойкостью к прорезанию, раздавливанию и истиранию в широком интервале температур.
Применение в изоляции полиэтилена обусловлено его высокими механическими и эксплуатационными характеристиками, однако при температурах эксплуатации выше +90°С происходит резкое ухудшение механических свойств вплоть до потери формоустойчивости. При сшивании полиэтилена силанольной сшивкой в полимере образуется трехмерная структура, и он теряет способность течь при повышенных температурах, это дает возможность использовать полиэтилен в изоляции кабеля при температуре эксплуатации +130°С, сохраняя для изоляции все положительные свойства полиэтилена.
При изготовлении кабеля с температурным индексом 160°С, во втором слое изоляции используют термопластичный полиуретан, основной функцией которого является защита первичной изоляции от вредного воздействия окружающей среды, будь то вредное воздействие атмосферных условий, гидролиз или механические нагрузки. Второй слой изоляции в этом случае позволяет выдерживать самые жесткие условия эксплуатации кабеля: динамические перегибы при высоких температурах, постоянное трение, контакт с агрессивными химикатами, гидролиз и т.д. Во всех этих случаях термопластичный компаунд значительно превосходит по свойствам обычные резиновые компаунды. Превосходное сопротивление истиранию обусловливает существенное преимущество термопластичного полиуретана над полиолефинами и ПВХ.
При изготовлении кабеля с температурным индексом 230°С для глубоких и сверхглубоких скважин с высокими температурами в первом слое изоляции используется резина, а во втором - свинцовая оболочка.
Изоляция из этиленпропиленовой резины обеспечивает бесперебойную работу кабеля при рабочей температуре проводника, равной 90°С, и удовлетворяет высоким значениям допустимой токовой нагрузки, оставляя при этом хороший запас прочности. Кроме того, изоляция из этиленпропиленовой резины обеспечивает устойчивость к короткому замыканию. Высокие термомеханические характеристики позволяют выдерживать повышенные нагрузки при эксплуатации, эластичность изоляции позволяет в местах изгибов кабелей снизить механические напряженности слоев изоляции, что не провоцирует неравномерного распределения электрической напряженности в толщине изоляции, высокая электрическая и термическая стойкость позволяет выдерживать токовую нагрузку на 15-20% больше, относительно кабеля, например, с изоляцией из пероксидосшиваемого полиэтилена. Для защиты первого слоя изоляции применяется второй металлический слой, выполняемый из свинца или свинцового сплава, который наряду с обеспечением герметичности, обеспечивает вибростойкость, сохраняет стабильную структуру и механические свойства при нагревании, имеет достаточно высокое сопротивление ползучести, т.е. не деформируется под воздействием длительных нагрузок и высокой температуры, кроме того, свинец в сравнении с другими металлами обладает малой химической активностью и высокой коррозионной стойкостью, что важно при работе кабеля в агрессивной среде нефтеводогазосодержащей жидкости, воздействия высоких температур и газообразных углеводов.
Осуществляется заявляемая полезная модель в условиях производства следующим образом.
Токопроводящая жила выполнена медной, 1 класса гибкости по ГОСТ 22483. Изоляция токопроводящих жил выполнена двухслойной с величиной усилия обжатия к токопроводящей жиле не менее 0,2 кН. Поверх токопроводящей жилы может быть продольно наложена маркировочная лента. Поверх маркировочной ленты наложена подушка под броню, выполненная из нетканого полотна. Поверх подушки наложена броня из стальной оцинкованной или из стальной коррозионностойкой ленты.
Токопроводящая жила кабеля изготавливается медной однопроволочной, путем волочения медной катанки на типичном для кабельной отрасли волочильном оборудовании. Далее на экструзионном оборудовании на медную проволоку накладывается двухслойная изоляция с величиной усилия обжатия к токопроводящей жиле не менее 0,2 кН. Далее на бронировочной машине может быть продольно наложена маркировочная лента. Поверх маркировочной ленты или поверх изолированной жилы на бронировочной машине накладывается подушка под броню в виде обмотки с перекрытием лентами из нетканого полотна, а поверх подушки накладывается броня из профилированной стальной оцинкованной или коррозионностойкой ленты.
Конструкция кабеля успешно опробована в одиночных двигателях переменного тока типа НO2Р 7/36, защищенных патентом RU 2103557.