ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ КАБЕЛЬ ДЛЯ УСТАНОВОК ПОГРУЖНЫХ ЭЛЕКТРОНАСОСОВ

Полезная модель относится к области электротехнической промышленности и может быть использована в качестве силового электрического кабеля, предназначенного для подачи электрической энергии к установкам погружных электронасосов для добычи нефти при разработке месторождений, эксплуатация которых осложняется воздействием высокой температуры, высоким газовым фактором, высоким риском механического повреждения кабеля, глубиной залегания продуктивных горизонтов до 2500 метров и ниже, низким дебитом скважин.
ОАО «Татнефть» эксплуатирует месторождения нефти, скважинные условия при разработке которых отличаются следующими факторами:
1. Разработка ведется с использованием закачки различных агрессивных реагентов для повышения нефтеотдачи пластов, очистки скважины и пласта.
2. Высокая температура в скважине (до 130°C).
3. Проведение монтажных работ при низкой температуре (до -40°C).
4. Большая кривизна стволов скважин (до 50°) в комплексе с использованием дополнительных колонн, летучек и другого оборудования для сохранения работоспособности скважин, что повышает риск механического повреждения оборудования при проведении спуско-подъемных операций.
5. Влияние растворенного в пластовой жидкости газа на состояние изоляции. При этом на состояние изоляции может влиять также состав газов, так как с увеличением числа углеродных атомов в молекулах углеводородов, диффундирующих через изоляцию, коэффициенты проницаемости возрастают.
6. Выход из строя кабеля при длительной эксплуатации в результате механической деформации изоляции под воздействием температурного расширения медных жил.
7. Деструктивное воздействие ионов меди при нагреве на изоляционную оболочку, что снижает термостойкость кабеля с медными жилами.
8. Эксплуатация скважин с глубиной залегания продуктивных горизонтов до 2500 метров и ниже, что приводит к увеличению массы установок и повышению в связи с этим рисков возникновения аварий при спуско-подъемных операциях.
9. Высокая стоимость установок для добычи нефти, что приводит к повышению инвестиционных рисков, снижению индексов доходности, особенно при эксплуатации скважин с низким дебитом нефти.
Известен кабель электрический, который содержит цилиндрические, расположенные в одной плоскости, изолированные токопроводящие жилы, оболочку и броню из стальной профилированной ленты, при этом три жилы плотно прижаты своей изоляцией друг к другу по всей длине и покрыты общей оболочкой с образованием клиньев из материала оболочки между ними; общая оболочка по плоским сторонам выполнена с толщиной в диапазоне 0,7-1,0 мм, а по боковым сторонам - 1,0-1,5 мм. Задачей известного технического решения является увеличение срока службы при эксплуатации кабеля на глубинах свыше 2000 метров, сохранение целостности изоляции после разделки для соединения и при спуско-подъемных операциях в наклонных скважинах, сохранение от раздавливания изоляции средней жилы в местах соприкосновения с другими двумя боковыми жилами при работе в условиях повышенных температур (RU, патент 2302681, H01B 7/08, 2006 г.).
Известный кабель обеспечивает высокую термостойкость и сохранение целостности изоляции при спуско-подъемных операциях, однако не обеспечивает достаточную защиту от влияния растворенного в пластовой жидкости газа на состояние изоляции, не защищает изоляционную оболочку от воздействия ионов меди при нагреве, не позволяет снизить вес установки при спуске на глубину 2500 метров и ниже, не позволяет снизить эксплуатационные затраты при эксплуатации скважин с низким дебитом нефти.
Известен кабель электрический для установок погружных электронасосов, который состоит из заключенных в броню трех параллельно уложенных плоских токопроводящих жил, покрытых изоляцией. Жилы уложены в ячейки профилированной в поперечном сечении защитной ленты, а броня наложена методом обмотки. Изобретение увеличивает продольную гибкость кабеля и обеспечивает возможность его работы в условиях повышенных температур (RU, патент 2493624, H01B 7/00, 2007 г.).
Данная конструкция кабеля обеспечивает продольную гибкость кабеля и высокую термостойкость, однако не обеспечивает сохранение целостности изоляции при спуско-подъемных операциях, достаточную защиту от влияния растворенного в пластовой жидкости газа на состояние изоляции, не защищает изоляционную оболочку от воздействия ионов меди при нагреве, не позволяет снизить вес установки при спуске на глубину 2500 метров и ниже, не позволяет снизить эксплуатационные затраты при эксплуатации скважин с низким дебитом нефти.
3
Известен также кабель электрический для питания электродвигателей погружных нефтяных насосов, содержащий токопроводящие жилы, изолированные адгезированными слоями радиационно-модифицированного полиэтилена, оболочку, подушку и броню, при этом общая дополнительная оболочка выполнена из термопласта толщиной 0,7-1,0 мм по плоской стороне, а по боковым сторонам - 1,0-1,5 мм, и расположена поверх трех изолированных жил, уложенных в одной плоскости продольно и плотно прижатых друг к другу изоляцией, предварительно обработанной плазмой. Задачей известного технического решения является увеличение срока службы при эксплуатации кабеля на глубинах до 3000 метров с температурой пластовой жидкости от 140°C до 160°C, при газовом факторе свыше 300 м/т. (RU, патент 2302678, H01B 7/02, 2006 г.).
Данная конструкция кабеля обеспечивает высокую термостойкость, сохранение целостности изоляции при спуско-подъемных операциях, достаточную защиту от влияния растворенного в пластовой жидкости газа на состояние изоляции, однако не защищает изоляционную оболочку от воздействия ионов меди при нагреве, не позволяет снизить вес установки, что особенно важно при спуске установки на глубину 2500 метров и ниже, не позволяет снизить эксплуатационные затраты при эксплуатации скважин с низким дебитом нефти.
Наиболее близким аналогом является кабель электрический для установок погружных электронасосов, содержащий токопроводящие жилы из алюминия или из омедненного алюминия или его сплавов, изоляцию и защитную оболочку жил, а также защитный покров из подушки и брони, отличающийся тем, что токопроводящие жилы выполнены из термостойкого алюминиевого сплава марки ТАС, модифицированного цирконием. (RU, патент 118789, H01B 7/08, 2012 г.).
Известный аналог обеспечивает высокую термостойкость, исключает деструктивное воздействие токопроводящих жил на изоляционную оболочку при нагреве, позволяет снизить вес установки при спуске на глубину 2500 метров и ниже, позволяет снизить эксплуатационные затраты при эксплуатации скважин с низким дебитом нефти, однако не обеспечивает сохранение целостности изоляции при спуско-подъемных операциях и достаточную защиту от влияния растворенного в пластовой жидкости газа на состояние изоляции.
Решаемая техническая задача заключается в разработке и создании силового кабеля для погружных электронасосов, обладающего высокой термостойкостью (до 130°C); позволяющего вести монтажные работы при низкой температуре (до -40°C); сохраняющего целостность изоляции при спуско-подъемных операциях; обладающего достаточной защитой от влияния растворенного в пластовой жидкости газа на состояние изоляции; исключающего деструктивное воздействие токопроводящих жил на изоляционную оболочку при нагреве; позволяющего снизить вес установки, что особенно важно при спуске установки на глубину 2500 метров и ниже; позволяющего снизить эксплуатационные затраты при эксплуатации скважин с низким дебитом нефти.
Достигаемый технический результат заключается в использовании в качестве токопроводящих жил термостойкого алюминиевого сплава; изменении технологии изготовления изолированной жилы; использовании материалов с разной плотностью, обладающих термостойкостью до 130°C и хладостойкостью до -40°C; покрытии изолированных жил общей оболочкой; бронировании антикоррозионной стальной лентой с перекрытием 30-50%; бронировании с уменьшением сжимающей нагрузки. Кабель электрический содержит цилиндрические, расположенные в одной плоскости, токопроводящие жилы из термостойкого алюминиевого сплава, изолированные модифицированным полиэтиленом, причем при изготовлении изолированной жилы изменением температуры на экструдере достигается микрошероховатость поверхности, что увеличивает адгезию к общей оболочке и затрудняет прохождение вдоль изолированных жил кабеля газов и жидкостей; общую оболочку из композиции пропилена, стойкой к маслам и высокой температуре, при этом общая оболочка по всем сторонам выполнена с толщиной в 1,0 мм; броню из профилированной ленты из коррозийно-стойких сплавов, причем при бронировании сжимающая нагрузка ленты уменьшена для исключения выхода из строя кабеля при некотором возможном разбухании изоляции во время эксплуатации, а наложение бронепокрова производится с профилем «Z» по фиг. 1 для исключения повреждения в процессе спуско-подъемных операций на скважинах.
Признаками полезной модели являются:
1. цилиндрические, расположенные в одной плоскости, токопроводящие жилы из термостойкого алюминиевого сплава, что позволяет снизить вес установки, что особенно важно при спуске установки на глубину 2500 метров и ниже, снизить эксплуатационные затраты при эксплуатации скважин с низким дебитом нефти, а также исключить деструктивное воздействие токопроводящих жил на изоляционную оболочку при нагреве;
2. покрытие токопроводящих жил, изолированных модифицированным полиэтиленом, общей оболочкой из композиции пропилена, стойкой к маслам и высокой температуре;
3. использование изолирующих материалов с разной плотностью, обладающих термостойкостью до 130°C и хладостойкостью до -40°C;
4. при изготовлении изолированной жилы изменением температуры на экструдере достигается микрошероховатость поверхности, что увеличивает адгезию к общей оболочке и затрудняет прохождение вдоль изолированных жил кабеля газов и жидкостей;
5. общая оболочка из композиции пропилена, стойкой к маслам и высокой температуре, при этом общая оболочка по всем сторонам выполнена с толщиной в 1,0 мм;
6. бронепокров в виде антикоррозионной стальной лентой с перекрытием 30-50% с противозадирным профилем;
7. при бронировании сжимающая нагрузка ленты уменьшена благодаря зазору 0,3-0,4 мм между бронелентой и подушкой из нетканого полотна под бронепокровом по плоским сторонам кабеля для исключения выхода из строя кабеля при некотором возможном разбухании изоляции во время эксплуатации;
8. противозадирный профиль имеет в сечении форму «Z» по фиг. 1 для исключения повреждения в процессе спуско-подъемных операций на скважинах
Признак 1,6 являются общими с прототипом, признаки 2-5, 7-8 являются существенными отличительными признаками полезной модели.
Сущность полезной модели
При эксплуатации нефтяных месторождений с использованием закачки различных агрессивных реагентов для повышения нефтеотдачи пластов, очистки скважины и пласта, с температурой в скважине до 130°C, при проведении монтажных работ при низкой температуре (до -40°C) существует проблема использования оборудования, способного работать в условиях воздействия высоких и низких температур в течении длительного периода без срывов и аварий. При эксплуатации глубоких низкодебитных скважин актуальной становится задача снижения эксплуатационных затрат. Одним из важнейших элементов оборудования является кабель, предназначенный для подачи электрической энергии к погружным электроустановкам.
Условия месторождений нефти, эксплуатируемых ОАО «Татнефть», отличаются большой кривизной стволов скважин (до 50°) в комплексе с использованием дополнительных колонн, летучек и другого оборудования для сохранения работоспособности скважин, что повышает риск механического повреждения оборудования при проведении спуско-подъемных операций. Негативное влияние на изоляцию погружного кабеля оказывает также растворенный в пластовой жидкости газ. При этом на состояние изоляции может влиять также состав газов, так как с увеличением числа углеродных атомов в молекулах углеводородов, диффундирующих через изоляцию, коэффициенты проницаемости возрастают. Возможен также выход из строя кабеля при длительной эксплуатации в результате механической деформации изоляции под воздействием температурного расширения медных жил. Деструктивное воздействие ионов меди при нагреве на изоляционную оболочку снижает термостойкость кабеля с медными жилами.
В предложенной модели решается задача обеспечения высокой термостойкости (до 130°C) и высокой хладостойкости (до -40°C) кабеля, сохраняющего целостность изоляции при спуско-подъемных операциях; обладающего достаточной защитой от влияния растворенного в пластовой жидкости газа на состояние изоляции; исключающего деструктивное воздействие токопроводящих жил на изоляционную оболочку при нагреве; позволяющего снизить вес установки, что особенно важно при спуске установки на глубину 2500 метров и ниже; позволяющего снизить эксплуатационные затраты при эксплуатации скважин с низким дебитом нефти. Задача решается следующим образом.
При разработке нефтяной залежи ведут закачку воды через нагнетательные скважины и отбор нефти через добывающие скважины. В добывающую скважину ДН 5 с глубиной пласта 2950 м спущена установка с электродвигателем и насосом ЭЦН 5-50x2800 на НКТ длиной 2500 м, электроэнергия к установке подается с помощью кабеля специальной конструкции. Дебит добывающей скважины составляет 50 м3/сут, обводненность 95%. Кривизна скважины 45°. Эксплуатация скважины была нерентабельной из-за невысокого дебита нефти, высокой обводненности. При использовании кабеля специальной конструкции затраты на оборудование и монтажные работы снизились на 15%, благодаря чему эксплуатация скважины стала рентабельной.
На фиг. 1 представлена конструкция электрического кабеля, предназначенного для подачи электрической энергии к погружным электроустановкам.
1. Токопроводящая жила из термостойкого алюминиевого сплава;
2. Изоляция ТПЖ из модифицированного полиэтилена;
3. Общая оболочка из композиции пропилена (толщина оболочки 1,0 мм);
5. Общая подушка под броню из нетканого полотна;
6. Бронепокров из стальной коррозийно-стойкой ленты с противозадирным профилем формы «Z».
Применение предложенного кабеля позволит решить задачу повышения межремонтного периода добывающих скважин, эксплуатация которых осложнена воздействием высоких температур (до 130°C), низких температур (до -40°C), большой кривизной ствола скважин, сложной конструкцией скважин, влиянием растворенного в пластовой жидкости газа, деструктивным воздействием токопроводящих жил на изоляционную оболочку при нагреве, низким дебитом по нефти, высокой обводненностью, глубоким залеганием продуктивных пластов.