Кабель электрический для питания установок погружных электроприводных центробежных насосов

Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к кабельной технике, а именно к конструкциям кабелей, предназначенных для подачи электрической энергии к электродвигателям установок погружных электроприводных центробежных насосов для добычи нефти, водоподъема и перекачки жидкостей из шурфов, резервуаров и водоемов.
Уровень техники
Известен кабель с армированной оболочкой для погружных нефтяных насосов (Патент RU 147379 опубл. 10.11.2014г.), который состоит из трёх медных уложенных в одной плоскости изолированных токопроводящих жил, каждая из которых находится в двухслойной изоляции. Первый слой изоляции выполнен из силанольно сшитого полиэтилена высокой плотности, второй слой изоляции выполнен из блок-сополимера пропилена с этиленом, устойчивых к воздействию повышенных температур. Допустимая величина усилия обжатия для двухслойной изоляции не менее 0,2 кН.
Недостатком технического решения является низкая эксплуатационная надежность кабеля, обусловленная постепенным снижением диэлектрических характеристик изоляции в результате непосредственного воздействия на нее агрессивной среды скважины (высокая температура, химические составляющие пластовой жидкости и буровых растворов, гидростатическое давление, газовый фактор и т. п.), а также вытеснением размягченной изоляции в свободное междужильное пространство под действием радиальных нагрузок от остаточного механического напряжения
в стальной броне и соприкосновений со стенками скважины, в результате чего толщина изоляционного промежутка между жилами уменьшается. Деградация диэлектрических характеристик и сокращение изоляционного промежутка в  итоге приводит к  электрическому пробою и  выходу кабеля
из строя.
Известен электрический кабель для установок погружных электронасосов (Патент RU 195703 опубл. 04.02.2020г.). Уложенные параллельно три токопроводящие жилы покрыты двухслойной изоляцией
и слоем свинца поверх изоляции. Защитная подушка, выполнена из синтетического нетканого материала, металлическая броня выполнена из коррозионностойкой стальной ленты. Контактирующий с жилой первый
слой изоляции выполнен из термореактивного полимера, а второй слой изоляции выполнен из термопластичного полимера.
Недостатком технического решения является увеличенная из-за использования свинцовых оболочек масса кабеля, что повышает трудоемкость операций по его транспортировке, разделке и монтажу (демонтажу) на насосно-компрессорные трубы. Также вследствие размягчения под действием высокой температуры термопластичного слоя изоляции и наличия свободного межфазного пространства между жилами под действием радиальных нагрузок от остаточного механического напряжения в стальной броне и соприкосновений кабеля со стенками скважины происходит деформация круглой формы жил и утонение изоляции в местах соприкасания с соседними жилами, что ведет к снижению диэлектрических свойств изоляции, увеличению потерь и, в пределе, к электрическому пробою и выходу кабеля из строя. Кроме того, свинец является токсичным материалом и его использование наносит вред как здоровью человека, так и окружающей среде.
Ближайшим аналогом является электрический кабель для питания электродвигателей погружных нефтенасосов (Патент RU 151149 опубл. 20.03.2015), который содержит плотно уложенные параллельно в одной плоскости токопроводящие жилы, покрытые двумя слоями изоляции из полимерного материала, общую оболочку, защитную подушку, расположенную поверх оболочки, и броню. Каждая изолированная жила дополнительно покрыта защитным слоем из металлической фольги, а оболочка выполнена с образованием клиньев в межфазном пространстве из материала последней. Защитный слой выполнен с клеевым подслоем или из алюминиевой / медной фольги, или из фольги из нержавеющей стали.
Недостатком технического решения является повышение жесткости кабеля из-за наличия общей оболочки, что вкупе с высокой механической прочностью материала оболочки (блоксополимера пропилена с этиленом) значительно осложняет разделку концов кабеля при его сростке или присоединении к оконечному оборудованию, увеличивая риск повреждения изоляции или травмирования работника. Заполнение межфазных промежутков между изолированными жилами материалом общей оболочки
в значительной мере устраняет бесконтрольное деформирование круглой формы жил во время эксплуатации, но не устраняет его полностью, так как ввиду отсутствия пространственной жесткости общей оболочки раздавливающие нагрузки на кабель, возникающие при прохождении наклонных участков скважин, через оболочку передаются непосредственно на изоляцию.
Задачей данной полезной модели является создание конструкции кабеля, позволяющей  расширить арсенал технических средств.
Техническим результатом осуществления полезной модели является увеличение срока службы кабеля в результате снижения вероятности повреждения изоляции, в том числе скрытого, при разделке концов кабеля
и исключения деформации круглой формы жил, ведущей к сокращению диэлектрического промежутка между жилами.
Для решения указанной задачи и достижения упомянутого технического результата кабель электрический для питания двигателей установок погружных электроприводных центробежных насосов  содержит уложенные параллельно в одной плоскости токопроводящие жилы, покрытые двумя слоями изоляции, барьерным слоем из металлической фольги, защитную подушку и броню.  Отличительной особенностью данной конструкции, согласно предложенному решению,  является то, что поверх барьерного слоя каждой токопроводящей жилы наложена защитная оболочка, при этом поверх защитной оболочки центральной жилы по всей ее длине расположен элемент усиления, выполненный  из полимерной композиции, имеющий  форму поперечного сечения,  занимающую все свободное межфазное пространство между жилами, а радиусы его боковых вырезов соответствуют радиусу крайних жил.
Поверх барьерного слоя из металлической фольги каждой из жил по всей длине кабеля  может быть уложена медная луженая контактная проволока диаметром 0,2 мм.
Краткое описание графических материалов
На фиг.1 представлен поперечный разрез кабеля, на фиг.2 показано  направление сил, действующих на конструкцию кабеля при спускоподъемных операциях между обсадной и нефтенасосной трубой.
Осуществление полезной модели
Кабель состоит из трех покрытых изоляцией токопроводящих монолитных медных жил 1, первого слоя 2 изоляции, выполненного из сшитого полиэтилена или композиции блоксополимера, второго слоя 3 изоляции, выполненного из натурального или окрашенного сшитого полиэтилена или композиции блоксополимера,  барьерного  слоя 4 из алюминиевой, медной или нержавеющей фольги с подклеивающим слоем. Барьерный слой 4 уложен продольно поверх второго слоя 3 изоляции с перекрытием сама на себя. Заземление барьерного слоя 4 выполнено в виде медной луженой проволоки  диаметром 0,2мм, уложенной продольно по всей длине барьерного слоя 4. Поверх барьерного слоя 4 каждой из жил 1 наложена защитная оболочка 5 из композиции блоксополимера пропилена с этиленом. Поверх защитной оболочки центральной жилы наложен  элемент  усиления 6 из композиции блоксополимера пропилена с этиленом. Элемент усиления 6 расположен продольно по всей длине кабеля и занимает свободное межфазное пространство между жилами 1, прилегая к крайним жилам 1 .
Поверх изолированных токопроводящих жил 1 наложены последовательно подушка 7 из иглопробивного нетканого полотна и броня 8 из стальной оцинкованной ленты или ленты из нержавеющего сплава, уложенной методом обмотки в замок, противозадирная.
3
3
В процессе эксплуатации кабели для питания двигателей установок погружных электроприводных центробежных насосов подвергаются целому ряду факторов: повышенная температура (до 120 С и выше), повышенное гидростатическое давление (до 30 МПа), высокий газовый фактор (до 500 м/1м), агрессивная химическая среда пластовой жидкости и буровых растворов, механические нагрузки от соприкасания кабеля со стенками скважины при прохождении ее криволинейных участков и т. п. Совокупное воздействие указанных факторов на изоляцию приводит к ее водо- и газонасыщению, ведущим к снижению диэлектрических характеристик, а также к размягчению и вытеснению в свободное межфазное пространство между жилами, что ведет к сближению токопроводящих жил, уменьшению изоляционного промежутка между ними и, в итоге, к электрическому пробою и выходу кабеля из строя.
Использование барьерного слоя 4 из металлической фольги с защитной оболочкой позволяет существенно сократить деградацию диэлектрических характеристик изоляции из-за воздействия агрессивных факторов среды. В то же время заполнение свободного межфазного пространства между жилами позволяет предотвратить их деформацию и не допустить критического уменьшения изоляционного промежутка. Использование усиления  жилы 1 за счет элемента усиления 6 позволяет решить вопрос с предотвращением деформации жил 1 максимально эффективно, так как между соседними жилами 1 образуется дополнительное вертикальное ребро жесткости (фиг. 2), перераспределяющее воздействие раздавливающих нагрузок на кабель, а кроме того, использование  элемента усиления 6 вместо общей оболочки позволяет сократить трудозатраты на разделку концов кабеля и при этом снизить вероятность повреждений изоляции, в том числе скрытых.
Заявляемый электрический кабель соответствует критерию «промышленная применимость», поскольку он может быть многократно произведен и использован по своему назначению с достижением указанного технического результата. Все используемые в конструкции кабеля материалы являются известными и промышленно выпускаемыми. Изготовление кабеля осуществляется на базе известного оборудования, материалов и технологий, существующих в кабельной промышленности и используемых в производстве электрических кабелей.