Комбинированный грузонесущий геофизический бронированный кабель с полимерной оболочкой

Полезная модель относится к кабельной промышленности и может быть использована для геофизических методов исследования вертикальных и горизонтальных нефтяных и газовых скважин приборами, закрепленными на кабеле. Применение грузонесущих геофизических кабелей, выпускаемых по ГОСТ 31944-2012 «Кабели грузонесущие геофизические бронированные. Общие технические условия» для освоения вертикальных и горизонтальных скважин, не дает желаемого эффекта и требует разработки специальных конструкций кабелей с повышенной осевой жесткостью.
Известен комбинированный геофизический кабель для исследования скважин вертикального и горизонтального типа, содержащий одну или несколько электроизолированных токопроводящих жил, два или четыре повива брони из стальной оцинкованной проволоки, наружную полимерную оболочку, внутреннюю полимерную оболочку, отличающийся тем, что наружная полимерная оболочка армирована двумя повивами брони из стальной оцинкованной проволоки с разнонаправленными слоями и имеющими зазоры между проволоками в каждом слое, размером между соседними проволоками равным 0,2÷2,0 от диаметра проволоки и занимает часть длины кабеля, равную от 10 до 90% от общей длины кабеля и увеличивает диаметр кабеля от четвертого повива брони на 50÷150% (Патент РФ №157365 от 13.05.2015 г. Н01В 7/22; Cт01V 3/18 «Комбинированный грузонесущий геофизический бронированный кабель для исследования вертикальных и горизонтальных скважин»).
Этот кабель наиболее полно соответствует заявленной конструкции кабеля полезной модели и принят за прототип.
По нему можно дать следующую информацию. Кабель обладает повышенными разрывной прочностью и осевой жесткостью и позволяет проводить работы в вертикальных и горизонтальных скважинах.
Однако, в патенте не оговаривается размер наружной и внутренней полимерных оболочек и часто из-за неправильно выбранной повышенной толщины полимерной оболочки в наружной ее части при прохождении кабеля через барабан и блоки возникают трещины, через которые вовнутрь кабеля проникает жидкость, приводящая к коррозии проволок брони и к снижению надежности работы кабеля в производственных условиях.
Возможен и другой случай, когда принята пониженная толщина наружной полимерной оболочки и в этом варианте наблюдается продавливание полимерной оболочки при прохождении кабеля через блоки, барабаны, каменные глыбы, что также сокращает срок службы кабеля, снижает эффективность его работы.
Технический результат достигается тем, что в комбинированном грузонесущем геофизическом кабеле, содержащем одну или несколько электроизолированных токопроводящих жил, состоящем из двух частей по длине: тонкой части кабеля из четырех повивов брони из стальной оцинкованной проволоки и толстой части из шести повивов брони из стальной оцинкованной проволоки, наружной полимерной оболочки и внутренней полимерной оболочки на толстой части кабеля, причем на пятом и шестом повивах брон применены зазоры между проволоками в каждом слое размером 0,2÷2,0 от диаметра проволоки, а толстая часть кабеля по длине занимает от 10 до 90% от общей длины и увеличивает диаметр кабеля от четвертого повива брони на 50÷150% согласно полезной модели размеры внутренней и наружной полимерных оболочек связаны между собой зависимостью:
а=(0,6 1,4) А, где
а - толщина внутренней полимерной оболочки;
А - толщина наружной полимерной оболочки;
(0,6÷1,4) - коэффициенты соотношения;
причем толщина наружной полимерной оболочки должна находиться в пределах 1,5÷2,5 от диаметра проволок наружного повива брони.
Сущность полезной модели поясняется на Фигуре, на которой изображена конструкция кабеля по длине и по сечению.
Особенности конструкции кабеля состоят в следующем. Общая длина комбинированного грузонесущего геофизического кабеля обозначена через L. Она разделена на две части:
- тонкая часть малого диаметра - 1 состоит из четырех повивов брони - 3 из стальной оцинкованной проволоки; она используется в нижней части скважины;
- толстая часть большого диаметра - 4 состоит из шести повивов брони из стальной оцинкованной проволоки, внутренней и наружной полимерных оболочек - 5 и ее длина составляет от 10 до 90% от общей длины кабеля; она используется в верхней части скважины.
Для изменения диаметра кабеля в сторону увеличения на 50÷150% части  используется пятый и шестой повивы - 5 брони, внутренняя и наружная оболочки - 6, причем указанные повивы свиты с зазорами между проволоками в каждом слое и этот зазор может быть равным 0,2÷2,0 от диаметра проволоки шестого повива.
На фигуре показано, что по всей длине кабеля используются три электроизолированных токопроводящих жилы - 2 и четыре повива брони - 3 из стальной оцинкованной проволоки свитых попарно в разные стороны.
Чтобы исключить преждевременный выход комбинированного геофизического кабеля из строя необходимо не планировать применение слишком толстых и тонких полимерных оболочек, так как они несут негативные последствия в период эксплуатации в промышленных условиях. Так использование полимерных оболочек большого размера (более 5 мм) может привести к резкому повышению изгибной жесткости полимерного покрытия и при прохождении кабеля через блоки, каменные глыбы, происходит растрескивание полимерного материала и выход кабеля из строя. При применении полимерной оболочки малой толщины (менее 0,5 мм) резко повышается вероятность продавливания полимерной оболочки при прохождении кабеля через блоки и каменные глыбы, протекание жидкости во внутрь кабеля, образование коррозии на проволоках брони и все это тоже сокращает работоспособность кабеля и уменьшает эффективность применения таких кабелей.
Кроме того необходимо отметить также тот факт, что при прохождении кабеля через барабан и блоки, происходит раздавливание кабеля в ручье блока, появляется возможность перехода круглой формы кабеля в овальную и при использовании полимерной оболочки малой толщины она не удерживает круглую форму в заданных пределах, происходит разрыв полимерной оболочки и нарушение структуры кабеля и в этом случае необходимо ремонтировать кабель, либо снимать его с эксплуатации.
Для того, чтобы исключить подобные случаи, необходимо оптимально распределить общую толщину полимерного материала между внутренней и наружной частями оболочек, например, если по расчету требуется использовать оболочку общей толщиной 6 мм, можно применить 3 мм на изготовление внутренней части и столько же наружной части. Можно скорректировать это соотношение в пределах ±40%, чтобы учесть все варианты распределения толщины между внутренней и наружной частями полимерных оболочек и тогда эта зависимость принимает вид:
а
=(0,6÷1,4) А, где
а
- толщина внутренней полимерной оболочки; А - толщина наружной полимерной оболочки; (0,6÷1,4) - коэффициенты соотношения.
Эксперименты, проведенные в ООО «НПЦ «Гальва», показали: чтобы удерживать структуру кабеля в виде круглой формы и в заданных пределах, необходимо обеспечить превышение толщины наружной полимерной оболочки над диаметром проволок наружного повива брони в 1,5÷2,5 и только в этом случае гарантируется длительная эксплуатация кабеля без нарушения его конструкции.
Кроме того, установлено, что чем выше диаметр проволок наружного повива брони, тем больше упругая отдача проволок выйти из своего заданного положения и для того, чтобы избежать этого требуется повышенная толщина наружной полимерной оболочки.
Выполнение кабеля в соответствии с требованиями формулы полезной модели позволяет создать конструкцию изделия с удельным весом, сопоставивым объемному весу раствора, находящемуся в скважине, и этим самым обеспечивается «плавность» кабеля, создаются комфортные условия для продвижения кабеля вперед в горизонтальной части без тесного контакта со стенками скважины и без высоких осевых усилий.
Конструкция заявленного кабеля была реализована на опытном образце. Конструкция его следующая:
- токопроводящая жила с изоляцией 3×7;
- первый слой по всей длине 20×1,0 мм;
- второй слой по всей длине 22×1,0 мм;
- третий слой по всей длине 24×1,4 мм;
- четвертый слой по всей длине 24×1,75 мм;
- внутренняя часть полимерной оболочки 2,2 мм;
- пятый слой на толстой части кабеля с зазорами 24×1,3 мм;
- шестой слой на толстой части кабеля с зазорами 24×1,5 мм;
- наружная часть полимерной оболочки 2,6 мм;
- диаметр тонкой части кабеля 16,7 мм;
- диаметр толстой части кабеля 31,0 мм;
- длина всего кабеля 3500 м;
- длина тонкой части кабеля 2600 м;
- длина толстой части кабеля 900 м.
Кабель полностью соответствует требованиям заказчика, формуле полезной модели и отправлен для производственных испытаний.