НЕФТЕПОГРУЖНОЙ КАБЕЛЬ

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 3,3 кВ частоты 70 Гц.
Для нефтегазодобывающей промышленности особенно остро стоит вопрос обеспечения надежности нефтепогружных кабелей (НПК) для питания нефтепогружных насосов. Эта проблема стала особенно актуальной в связи с увеличением глубин бурения скважин до 2000-3000 м, что обуславливает воздействие на изоляцию нефтепогружных кабелей повышенных температур (до 200°C) и давлений (более 100 МПа).
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.
Термоэластопласты (ТЭП) устойчивы в широком интервале температур, не уступают натуральным и синтетическим каучукам, а в некоторых случаях превосходят их. ТЭП показывают хорошее сохранение свойств при эксплуатационных температурах, более высоких, чем допустимые для каучуков.
Из предшествующего уровня техники известны следующие аналоги электрических кабелей для установок погружных электронасосов с изоляцией из ТЭП.
Электрический кабель для погружных электронасосов по патенту Российской Федерации на полезную модель №62283, МПК H01B 7/00. Кабель по патенту №62283 содержит три скрученные между собой или расположенные параллельно в одной плоскости токопроводящие жилы. На каждую из жил последовательно наложены два изоляционных слоя, выполненных из силанольносшитого полиэтилена низкого давления. Поверх второго изоляционного слоя нанесен защитный слой из фторопластовой пленки и поливинилхлоридная лента (второй защитный слой изоляции), на которую наложена подушка из лент иглопробивного термоскрепленного полотна. Поверх подушки наложена общая броня из стальной оцинкованной ленты. Изоляция из силанольносшитого полиэтилена низкого давления имеет более высокий уровень устойчивости к высоким температурам. К достоинствам аналога следует отнести также наличие двух защитных слоев изоляции у токопроводящих жил. Недостатком является низкая механическая прочность, низкая термостойкость и низкая стойкость к химическим воздействиям второго защитного слоя изоляции, выполненного из поливинилхлоридной ленты. Это отрицательно сказывается на надежности и сроке службы кабеля.
Наиболее близким аналогом - прототипом является полезная модель, защищенная патентом №235935 МПК H01B 7/18.
Данная полезная модель защищает конструкцию бронированного погружного кабеля для нефтенасосов, имеющего двухслойную изоляцию, причем первый слой изоляции выполнен из силанольносшитого полиэтилена, а второй слой выполнен из блоксополимера пропилена с этиленом с подслоем иной композиции блоксополимера пропилена с этиленом, стойкой к воздействию ионов меди, образующим со вторым слоем монолит.
К преимуществам данной полезной модели можно отнести наличие двухслойной изоляции из ТЭП с различными свойствами, обеспечивающими заданные характеристики погружного кабеля. К недостаткам - наличие в технологии изготовления кабеля дорогостоящей экструзионной головки при одновременном наложении второго и дополнительного слоя изоляции, увеличивающей себестоимость кабеля.
Задача, на решение которой направлено заявленное техническое решение заключается в расширении арсенала технических средств в данной области, а также повышении эксплуатационной надежности и срока службы электрического кабеля для установок погружных электронасосов при повышенных температурах за счет нагревостойкости изоляции и применения технологий, обеспечивающих продольную герметизацию кабеля за счет величины усилия обжатия для двухслойной изоляции не менее 0,2 кН.
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 химически сшитого полиэтилена, второй слой изоляции выполнен из композиции блоксополимера пропилена с этиленом, стойкого к воздействию повышенных температур, а допустимая величина усилия обжатия для двухслойной изоляции не менее 0,2 кН
Скрутка жил произведена с заполнителями из блоксополимера пропилена с этиленом 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 повышение стойкости к воздействию смены температур от минус 60°C до длительно допустимой температуры нагрева жил (до 120°C), механическая прочность и стойкость к химическим воздействиям заявляемой полезной модели за счет сочетания свойств химически сшитого полиэтилена в первом слое изоляции со свойствами блоксополимера пропилена с этиленом, стойкого к воздействию повышенных температур во втором слое изоляции, надежность и долговечность в эксплуатации за счет 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 делают из химически сшитого полиэтилена. Химически сшитый полиэтилен имеет сетчатую структуру, что значительно расширяет возможности его применения по сравнению с другими полимерными материалами, не имеющими сетчатой структуры. Благодаря сетчатой структуре сшитый полиэтилен устойчив к механическому износу и старению при повышенной температуре, обладает термоустойчивостью и устойчивостью к высокому давлению, высокой устойчивостью к воздействию химических веществ, оптимальным соотношением гибкости и прочности, блокирует образование трещин. Такие свойства сшитого полиэтилена обеспечивают кабелю для погружных электронасосов надежность в эксплуатации, механическую прочность и термостойкость. Кроме того, сшитый полиэтилен более устойчив к воздействию ионов меди, чем блоксополимер пропилена с этиленом (без дезактиватора меди), благодаря чему изоляция из силанольносшитого полиэтилена устойчива к процессу старения полимерной изоляции и изолирует контакт второго слоя изоляции с медной жилой. В то же время, изоляция из блоксополимера пропилена с этиленом более устойчива к воздействию нефтяной агрессивной среды и повышенной температуры, что позволяет использовать кабели в скважинных условиях, т.е. использование двухслойной изоляции в нефтепогружных кабелях с первым слоем из силанольносшитого полиэтилена, устойчивого к ионам меди и вторым слоем из блоксополимера пропилена с этиленом, устойчивого к действию повышенных температур обеспечивает работу кабеля в необходимом температурном режиме, повышает эксплуатационную надежность и срок службы электрического кабеля для установок погружных электронасосов при повышенных температурах за счет нагревостойкости двухслойной изоляции, 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 силанольносшитого полиэтилена - 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.