КАБЕЛЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ДЛЯ УСТАНОВОК ПОГРУЖНЫХ НЕФТЕНАСОСОВ

Полезная модель относится к кабельной отрасли промышленности, а именно, к конструкциям кабелей, предназначенных для подачи электрической энергии к электродвигателям установок добычи нефти, водоподъема и перекачки жидкости из шурфов, резервуаров и водоемов на номинальное переменное напряжение до 3,3 кВ частоты 70 Гц.
Известно, что добыча углеводородного сырья сопровождается борьбой с обводненностью нефти, газовыми факторами, парафино- и солеотложениями, а также воздействием агрессивных веществ на оборудование и трубопроводы. Положение усугубляется еще и тем, что доля скважин глубиной более 2000 метров и осложненных газовым фактором постоянно увеличивается, а это значит, что увеличивается тепловая нагрузка на детали и рабочие органы установок электроприводных центробежных насосов (УЭЦН). Установлено, что одной из главных причин (более 30%) отказов работы УЭЦН является нарушение изоляционного слоя электрокабеля, связанное с недостаточным ресурсом, конструктивными недостатками или несоответствием свойств, применяемых полимерных материалов современным требованиям нефтяников.
Традиционно используемая в изоляции резина не может обеспечить работоспособность и надежность кабеля в таком температурном диапазоне, поэтому для изоляции кабеля для установок погружных электронасосов используются термоэластопласты, которые обладают характеристиками, необходимыми для обеспечения надежности работы электрокабелей погружных электронасосов. Известно использование в изоляции электрокабелей погружных электронасосов такого термоэластопласта как блоксополимер пропилена с этиленом. Этот материал обладает отличными диэлектрическими параметрами, климатической и химической стойкостью: при высоких температурах - к щелочам, кислотам, растворам солей, растительным и минеральным маслам; при комнатной температуре - к органическим растворителям; блоксополимер имеет низкое влагопоглощение, благодаря этим свойствам все изделия из данного материала могут долго находиться в жидких агрессивных средах, также блоксополимер обладает значительной ударопрочностью, пониженными твердостью и жесткостью, повышенной износостойкостью. Для защиты изоляции применяют внешнюю оболочку или второй слой изоляции.
Из предшествующего уровня техники известны следующие аналоги электрических кабелей для установок погружных электронасосов с изоляцией из термоэластопластов: 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). Основным недостатком этой конструкции кабеля является низкая стойкость к воздействию нефтяной среды (протокол испытаний №6 от 10 апреля 2008 г., ЦЗЛ ОАО «РОССКАТ»). Известен также кабель электрический по патенту Российской Федерации на полезную модель №61461, МПК H01B 7/00, предназначенный для подачи электрической энергии к погружным электродвигателям установок добычи нефти, водоподъема и перекачки жидкостей из шурфов. Кабель содержит три токопроводящие жилы, два слоя изоляции из композиции блоксополимера (сополимера) пропилена с этиленом. Поверх второго слоя изоляции наложена дополнительная изоляция из лент полиэтилентерефталатной пленки для защиты основной изоляции от непосредственного воздействия скважинной жидкости и газового фактора. Дополнительная изоляция из лент полиэтилентерефталатной пленки обладает повышенной прочностью и стойкостью к химическим воздействиям, позволяет увеличить рабочие температуры и повысить срок службы кабеля. Недостатком является невысокая долговечность в условиях его эксплуатации из-за процесса старения полимерной изоляции при контакте с медной жилой, ускоряющем этот процесс.
Наиболее близкой конструкцией кабеля для погружных электронасосов является конструкция, служащая прототипом для заявляемой полезной модели, защищенная патентом РФ №14473 МПК H01B 7/18 или патентом РФ №79212 МПК H01B 7/08 с двухслойной изоляцией из блоксополимера пропилена с этиленом, включающего 0,1-0,6 мас.% дезактиватора меди. Данная конструкция кабеля позволяет использовать кабель в условиях нефтяных скважин, т.к. изоляция и оболочка (или второй слой изоляции) из блоксополимера пропилена с этиленом с дезактиватором меди устойчивы к воздействию нефтяной среды и позволяют избежать ускоренного процесса старения изоляции при контакте с медной жилой.
Задача, на решение которой направлено заявленное техническое решение заключается в расширении арсенала технических средств в данной области, а также снижение себестоимости электрического кабеля для установок погружных электронасосов при сохранении высоких эксплуатационных характеристик.
Данная задача достигается за счет того, что бронированный с подушкой под броню электрический кабель для установок погружных электронасосов, состоит из трех медных, скрученных между собой или уложенных в одной плоскости изолированных токопроводящих жил, каждая из которых находится в двухслойной изоляции, причем первый слой изоляции выполнен из блоксополимера пропилена с этиленом стойкого к воздействию ионов меди, второй слой изоляции выполнен из композиции блоксополимера пропилена с этиленом, устойчивых к воздействию повышенной температуры, а допустимая величина усилия обжатия для двухслойной изоляции не менее 0,2 кН.
Скрутка жил произведена с заполнителями из сополимера пропилена или резины, поверх скрученных или параллельно уложенных в одной плоскости изолированных жил кабеля продольно проложена маркировочная лента, подушка под броню выполнена в виде обмотки с перекрытием не менее 40% лентами из нетканого полотна или ткани прорезиненной невулканизированной, а броня выполнена из профилированной стальной оцинкованной или коррозионностойкой ленты и наложена «в замок» - на круглых кабелях, с перекрытием не менее 40% - на плоских кабелях.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является разработка конструкции кабеля, позволяющая повысить надежность и долговечность работы нефтекабеля для погружных электронасосов в условиях воздействия агрессивной нефтяной среды при повышенных температурах за счет исключения процесса старения полимерной изоляции при контакте с медной жилой, уменьшение себестоимости нефтекабеля за счет использования во втором слое изоляции кабеля марок блоксополимера пропилена с этиленом, устойчивых к воздействию повышенных температур и применения технологий изготовления кабеля, обеспечивающих продольную герметичность кабеля при эксплуатации в агрессивных средах.
Технический результат и решение поставленной задачи достигаются следующим образом. Первый слой изоляции выполняют из композиции блоксополимера пропилена с этиленом, стойкого к воздействию ионов меди. Это необходимо для исключения процесса старения полимерной изоляции при контакте с медной жилой, ускоряющего этот процесс. Второй слой изоляции необязательно выполнять из блоксополимера пропилена с этиленом стойкого к воздействию ионов меди, т.к. контакт с медной жилой исключен первым слоем изоляции. Второй слой изоляции выполняется из блоксополимера пропилена с этиленом устойчивого к действию повышенных температур, по стоимости он ниже блоксополимера пропилена с этиленом, стойкого к воздействию ионов меди, но обеспечивает необходимый температурный режим работы кабеля. Кроме того, два слоя изоляции в совокупности обеспечивают следующие необходимые характеристики кабеля при работе в агрессивной нефтегазовой среде: высокую ударную прочность (при низких температурах) и высокую эластичность; повышенную долговременную термическую стабильность; стойкость к термоокислительному разрушению при эксплуатации, стойкость при высоких температурах - к щелочам, кислотам, растворам солей, растительным и минеральным маслам, обладают значительной ударопрочностью, пониженными твердостью и жесткостью, повышенной износостойкостью. Благодаря этим свойствам, нефтекабели с двухслойной изоляцией из блоксополимера пропилена с этиленом могут успешно работать в жидких агрессивных средах при повышенных температурах. Изоляция из блоксополимера пропилена с этиленом позволяет использовать кабель в условиях нефтяных скважин, а применение технологий, позволяющих обеспечить плотное прилегание изоляции к токопроводящей жиле с величиной усилия обжатия для двухслойной изоляции не менее 0,2 кН позволяет обеспечить продольную герметичность кабеля при перепаде давления жидкости 0,1 МПа на 1 метр длины, что способствует надежности и долговечности эксплуатации нефтекабеля для погружных электронасосов.
На Фиг. 1 изображено поперечное сечение электрического кабеля для погружных электронасосов в круглом и плоском варианте.
Кабель для установок для погружных электронасосов состоит из трех медных токопроводящих жил - 1; первого слоя изоляции из блоксополимера пропилена с этиленом стойкого к воздействию ионов меди - 2; второго слоя изоляции из блоксополимера пропилена с этиленом устойчивого к действию повышенных температур - 3; ленты из нетканого полотна или ткани прорезиненной - 4; заполнителя из резины или сополимера пропилена - 5; маркировочной ленты и подушки под броню - 6; брони - 7.
Конструкция кабеля для установок погружных электронасосов успешно опробована в условиях производства.