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 высоких температур.
В условиях увеличения доли трудноизвлекаемых запасов, падения добычи на основных, долгие годы разрабатываемых, месторождениях, становится актуальным разработка месторождений сверхвязкой нефти, при разработке которых применяются тепловые методы. Поэтому и оборудование, используемое при этом, должно обладать повышенной термостойкостью.
Скважинные условия месторождений сверхвязкой нефти, которые эксплуатирует ОАО «Татнефть», отличаются следующими факторами:
1. Разработка ведется с использованием закачки пара для снижения вязкости добываемой нефти.
2. Температура в скважине до 150°C, создающаяся после закачки пара.
3. Большая кривизна стволов скважин, ввиду необходимости интенсивного искривления ствола скважины, связанного с набором зенитного угла в 90° в продуктивном пласте на глубине всего 100-105 м по вертикали, что повышает риск механического повреждения оборудования при проведении спуско-подъемных операций.
4. Использование технологии строительства “сквозных” горизонтальных скважин с выходом забоев на дневную поверхность.
5. Выход из строя кабеля при длительной эксплуатации в результате механической деформации изоляции под воздействием температурного расширения медных жил.
6. Высокая себестоимость добычи сверхвязкой нефти, что вынуждает разработчиков искать пути удешевления технологий и оборудования.
Известен кабель электрический, который содержит три токопроводящих жилы, первый, второй слои изоляции и слой оболочки, покрывающие каждую из жил, общие защитную подушку и бронепокров. Изоляция изготавливается из фторсополимеров, за счет чего термостойкость кабеля увеличивается до 230°C (RU, патент 2302049, H01B7/08, 2007 г.). Указанный технический результат достигается тем, что кабель электрический содержит три токопроводящих жилы, расположенные параллельно в одной плоскости, причем каждая покрыта первым изоляционным слоем в виде полиимидно-фторопластовой пленки, соединенной с токопроводящей жилой спеканием, два других слоя: вторую изоляцию и оболочку, причем второй слой изоляции и оболочки выполнены из фторсополимера и соединены друг с другом и первым слоем изоляции экструзионно, защитную подушку, расположенную на последнем слое фторсоплимера и бронепокров, расположенный поверх защитной подушки.
Известный кабель обеспечивает высокую термостойкость, однако не обеспечивает достаточную защиту от механических повреждений при проведении спуско-подъемных операций, необходимую при эксплуатации скважин Ашальчинского месторождения; а также не позволяет снизить затраты при эксплуатации скважин сверхвязкой нефти, так как кабель с двумя и более слоями фторопластовой изоляцией обладает высокой стоимостью.
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 - 10-1,5 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 м3/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 позволяет снизить затраты при эксплуатации скважин сверхвязкой нефти, так как кабель такой конструкции обладает высокой стоимостью.
Наиболее близким аналогом является кабель электрический для установок погружных электронасосов, который содержит уложенные параллельно токопроводящие жилы, каждая из которых покрыта изоляцией и заключенные в общую броню из металлической ленты, отличающийся тем, что изоляция состоит из термообработанных четырех слоев полиамидно-фторопластовой пленки, наложенных непосредственно на токопроводящую жилу, поверх которых наложен слой из экструдируемого фторполимера (RU, патент 62478, H01B 7/00, 2007 г.).
Данная конструкция кабеля обеспечивает высокую термостойкость, изготовление такого кабеля дешевле аналогов, однако кабель такой конструкции не обеспечивает достаточную защиту от механических повреждений при проведении спуско-подъемных операций, необходимую при эксплуатации скважин Ашальчинского месторождения.
Решаемая техническая задача заключается в разработке и создании силового кабеля для погружных электронасосов, обладающего высокой термостойкостью (до 150°C), защитой от механических повреждений и позволяющего снизить затраты при эксплуатации скважин сверхвязкой нефти.
Достигаемый технический результат заключается в уменьшении количества используемого фторопластового материала; использовании блоксополимера пропилена с этиленом для обеспечения необходимой электрической прочности и механической защиты; бронировании антикоррозионной стальной лентой с перекрытием 30-50%; бронировании с уменьшением сжимающей нагрузки. Кабель электрический содержит цилиндрические, расположенные в одной плоскости, медные токопроводящие жилы; первый слой изоляции из блоксополимера пропилена с этиленом с радиальной толщиной 1,3-1,5 мм., который обеспечивает необходимую электрическую прочность; второй слой изоляции из фторопласта толщиной 0,3-0,5 мм, который обеспечивает защиту от проникновения пластовой жидкости до первого электроизоляционного слоя; третий слой изоляции из блоксополимера пропилена с этиленом толщиной 1,2-1,5 мм., обеспечивающий механическую защиту кабеля при изготовлении и спуско-подъемных операциях на скважине; 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, медные токопроводящие жилы;
2. использование изолирующих материалов с разной плотностью, обладающих термостойкостью до 150°C;
3. покрытие медных токопроводящих жил первым слоем изоляции из блоксополимера пропилена с этиленом с радиальной толщиной 1,3-1,5 мм, который обеспечивает необходимую электрическую прочность;
4. второй слой изоляции из фторопласта толщиной 0,3-0,5 мм, который обеспечивает защиту от проникновения пластовой жидкости до первого электроизоляционного слоя; при этом используют фторопласт, например, марки CG 95 «Дюпон»; толщина второго слоя подобрана экспериментально и является достаточной для надежной изоляции, в то же время по сравнению с аналогами такая толщина дает существенную экономию на материалах;
5. третий слой изоляции из блоксополимера пропилена с этиленом толщиной 1,2-1,5 мм., который обеспечивает механическую защиту кабеля при изготовлении и спуско-подъемных операциях на скважине;
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 прорезиненной ткани или стеклянной ленты 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.
Признаки 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 тепловых методов, особенно на таких месторождениях, где иные методы неэффективны, например на месторождениях с высоковязкой нефтью, существует проблема использования оборудования, способного работать в условиях воздействия высоких температур в течении длительного периода без срывов и аварий. Одним из важнейших элементов оборудования является кабель, предназначенный для подачи электрической энергии к погружным электроустановкам.
Условия Ашальчинского месторождения высоковязкой нефти, кроме использования тепловых методов, отличаются большой кривизной стволов скважин ввиду необходимости интенсивного искривления ствола скважины, связанного с набором зенитного угла в 90° в продуктивном пласте на глубине всего 100-105 м по вертикали, что повышает риск механического повреждения оборудования при проведении спуско-подъемных операций.
Также, в условиях высокой себестоимости добычи сверхвязкой нефти, одной из важных задач становится снижение эксплуатационных расходов, в том числе на оборудование.
В предложенной модели решается задача комплектации оборудования силовым кабелем для погружных электронасосов, обладающим высокой термостойкостью (до 150°C), защитой от механических повреждений и позволяющим снизить затраты при эксплуатации скважин сверхвязкой нефти. Задача решается следующим образом.
3
При разработке нефтяной залежи высоковязкой нефти ведут закачку пара через паронагнетательные скважины и отбор нефти через добывающие скважины. В добывающую скважину ДН1 с глубиной пласта 250 м и длиной горизонтального участка 300 м спущена установка с электродвигателем и насосом ЭЦН5-125×400 на НКТ длиной 450 м, электроэнергия к установке подается с помощью кабеля специальной конструкции. Дебит добывающей скважины составляет 125 м/сут.
На фиг. 1 представлена конструкция электрического кабеля, предназначенного для подачи электрической энергии к погружным электроустановкам.
1. Токопроводящая жила;
2. Изоляция из блоксополимера пропилена с этиленом с радиальной толщиной 1,3-1,5 мм, которая обеспечивает необходимую электрическую прочность;
3. Изоляция из фторопласта толщиной 0,3-0,5 мм, которая обеспечивает защиту от проникновения пластовой жидкости до первого электроизоляционного слоя;
4. Изоляция из блоксополимера пропилена с этиленом толщиной 1,2-1,5 мм., которая обеспечивает механическую защиту кабеля при изготовлении и спуско-подъемных операциях на скважине;
5. Общая подушка под броню из прорезиненной ткани или ленты из стеклянных волокон ЛСБ;
6. Бронепокров из стальной коррозийно-стойкой ленты (ширина используемой ленты 20 мм)
Применение предложенного кабеля позволит решить задачу повышения межремонтного периода скважин на месторождениях сверхвязкой нефти, разработка которых характеризуется высокой себестоимостью добычи нефти и осложнена воздействием высоких температур, большой кривизной ствола скважин.