RU109907U1

RU109907U1 - ELECTRICAL OPTICAL CABLE FOR INSTALLATION OF SUBMERSIBLE ELECTRIC PUMPS

Info

Publication number: RU109907U1
Application number: RU2011115917/07U
Authority: RU
Inventors: Юрий Владимирович Смирнов; Виктор Андреевич Малай; Альберт Федорович Люфт; Владимир Александрович Гривцов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие Старлинк"; Оао "Росскат"
Priority date: 2011-04-25
Filing date: 2011-04-25
Publication date: 2011-10-27

Abstract

1. Электрооптический кабель для погружных электронасосов, содержащий уложенные параллельно в одной плоскости или скрученные между собой токопроводящие жилы, покрытые изоляцией из пластмассы, и продольно наложенные ленты из нетканого полотна, заключенные в коррозионно-стойкую ленточную броню, отличающийся тем, что в пространство между жилами введен один или несколько гибких стальных бронированных малогабаритных волоконно-оптических кабелей, выполненных в виде 6-ти скрученных преформированных канатных проволок или прядей проволок, образующих свободный канал в центре, в котором расположены одно или несколько оптических волокон. ! 2. Кабель по п.1, отличающийся тем, что преформированные стальные канатные проволоки или пряди из проволок имеют диаметр от 0,5 до 0,9 мм, обеспечивая устойчивость к статическим раздавливающим и ударным нагрузкам, возникающим в процессе изготовления, а также при проведении монтажных и эксплуатационных работ. ! 3. Кабель по п.1, отличающийся тем, что гибкие оптические кабели имеют термостойкую и стойкую к агрессивным химическим средам изоляцию, покрывающую броневое покрытие, толщиной менее 0,3 мм. 1. Electro-optical cable for submersible electric pumps, containing conductive conductors laid parallel to one plane or twisted together, coated with plastic insulation, and longitudinally laid non-woven tapes, enclosed in corrosion-resistant tape armor, characterized in that in the space between the conductors one or several flexible steel armored small-sized fiber-optic cables were introduced, made in the form of 6 twisted preformed wire ropes or strands of wire, showing a free channel in the center in which one or more optical fibers are located. ! 2. The cable according to claim 1, characterized in that the preformed steel wire ropes or strands of wires have a diameter of from 0.5 to 0.9 mm, providing resistance to static crushing and shock loads that occur during manufacturing, as well as during installation and maintenance work. ! 3. The cable according to claim 1, characterized in that the flexible optical cables have heat-resistant and resistant to aggressive chemical environments insulation, covering the armor coating, a thickness of less than 0.3 mm

Description

Полезная модель относится к электротехнике, к конструкциям электрооптических кабелей (ЭОК), использующихся для погружных насосов в установках для добычи нефти.The utility model relates to electrical engineering, to the designs of electro-optical cables (EOK) used for submersible pumps in oil production facilities.

Известны конструкции ЭОК для питания погружных нефтяных насосов, состоящие из трех изолированных электрических жил, и продольно расположенных лент из нетканого полотна, заключенных в коррозионно-стойкое броневое покрытие, выполненное из стальных оцинкованных лент [1, 2].EOK designs are known for powering submersible oil pumps, consisting of three insulated electrical cores, and longitudinally arranged non-woven fabric tapes enclosed in a corrosion-resistant armor coating made of galvanized steel tapes [1, 2].

Плоский вариант таких кабелей марки КПБП [3]. В настоящее время они широко выпускаются и применяются для питания нефтяных насосов, используемых в нефтедобывающей промышленности.A flat version of such cables brand KPBP [3]. Currently, they are widely produced and used to power the oil pumps used in the oil industry.

Известны ЭОК, выполненные на базе указанных плоских электрических кабелей, с внедренным волоконно-оптическим модулем [2, 4] под бронированной оболочкой. В качестве оптического модуля в них применяются полимерные модули [5], выполненные из материалов с низким коэффициентом температурного расширения (КТР), например, из полиизобутелентерефтолата или поликарбоната. Внутреннее пространство трубок заполнено гидрофобным гелем, в котором находятся одно или несколько оптических волокон в тонком лаковом покрытии. Модули обычно имеют наружный диаметр от 1,8 до 3 мм и могут дополнительно содержать продольные упрочняющие элементы.Known EOK, made on the basis of these flat electrical cables, with an embedded fiber optic module [2, 4] under an armored sheath. As an optical module, they use polymer modules [5] made of materials with a low coefficient of thermal expansion (KTR), for example, polyisobutylene terephtholate or polycarbonate. The inner space of the tubes is filled with a hydrophobic gel, in which there are one or more optical fibers in a thin lacquer coating. Modules typically have an outer diameter of 1.8 to 3 mm and may additionally contain longitudinal reinforcing elements.

Известно также применение в комбинированном кабеле оптического модуля, выполненного из стальной сварной трубки [6], с расположенными внутри нее, по меньшей мере, одним оптическим волокном.It is also known to use an optical module in a combined cable made of a welded steel tube [6] with at least one optical fiber located inside it.

Применение в кабелях для питания погружных насосов оптического волокна обусловлено необходимостью контроля параметров скважинной среды и работающего в ней оборудования (электродвигателя, насоса, кабеля и др.). При этом оптические волокна обеспечиваю измерение и контроль температуры по длине кабеля с помощью метода рамановской рефлектометрии [3], а также передачу другой телеметрической информации. Системы измерения распределения температуры по оптическому волокну дополняют известные электрические системы контроля и управления погружными насосами, использующие индуктивную связь и передачу информации о токе по электрическим жилам электрического кабеля [7].The use of optical fiber in cables for powering submersible pumps is caused by the need to control the parameters of the well environment and the equipment operating in it (electric motor, pump, cable, etc.). In this case, optical fibers provide temperature measurement and control along the cable length using the Raman reflectometry method [3], as well as the transmission of other telemetric information. The systems for measuring the temperature distribution over the optical fiber are supplemented by the well-known electrical monitoring and control systems for submersible pumps, using inductive coupling and transmission of current information through the electrical conductors of the electric cable [7].

Комплексная система автоматического контроля позволяет увеличить надежность процесса регулирования работы электродвигателя насосной установки и другого оборудования.A comprehensive system of automatic control allows you to increase the reliability of the process of regulating the operation of the electric motor of the pumping unit and other equipment.

Техническое решение, конструкция ЭОК представленная в [2], является близким из числа известных к предлагаемому по совокупности признаков.The technical solution, the design of the EOC presented in [2], is close from among the known to the proposed combination of features.

К недостаткам этого технического решения ЭОК следует считать недостаточную стойкость оптического модуля к воздействию значительныхThe disadvantages of this technical solution of the EOC should be considered insufficient resistance of the optical module to significant

К недостаткам этого технического решения ЭОК следует считать недостаточную стойкость оптического модуля к воздействию значительных механических нагрузок, которые возникают в процессе его изготовления и прежде всего при бронировании стальными лентами. При установке модуля под стальную броню в процессе технологической операции - обмотки стальными лентами происходит его раздавливание, удлинение и перегибы.The disadvantages of this technical solution of the EOC should be considered the lack of resistance of the optical module to the effects of significant mechanical loads that arise during its manufacture, and especially when booking steel tapes. When installing the module under steel armor during the technological operation - winding with steel tapes, it is crushed, lengthened and bent.

Результат этих воздействий - изменение затухания волокон в модуле и обрыв волокон.The result of these effects is a change in the attenuation of the fibers in the module and the breakage of the fibers.

Другим недостатком полимерного модуля является то, что он не обладает стойкостью к температурным воздействиям до 200°С, имеющим место при эксплуатации погружных кабелей. Обычно для полимерных материалов используются полиизобутилентерефталат (ПБТ), либо поликарбонат (ПК), у которых рабочая температура около 100°С. Для модуля вместе с волокнами рабочая температура определяется по более слабому конструктивному элементу. По этой причине невозможно использование внутри таких оптических модулей температуростойких волокон и, соответственно, невозможно на базе такой конструкции изготавливать температуростойкие ЭОК, работающие до 150 и 200°С.Another disadvantage of the polymer module is that it does not have resistance to temperature influences up to 200 ° C, which occurs when operating submersible cables. Typically, for polymeric materials, polyisobutylene terephthalate (PBT) or polycarbonate (PC) are used, with an operating temperature of about 100 ° C. For the module, together with the fibers, the operating temperature is determined by the weaker structural element. For this reason, it is impossible to use heat-resistant fibers inside such optical modules and, accordingly, it is impossible to produce heat-resistant EOKs operating at 150 and 200 ° C based on this design.

Таким образом, отмеченные недостатки затрудняют реализацию этой конструкции ЭОК. для погружных насосов.Thus, the noted shortcomings impede the implementation of this design of the EOC. for submersible pumps.

Техническое решение, электрического кабеля, представленное в [1], также является близким из известных к предлагаемому в части электрической конструкции по совокупности признаков. Особенностью этого электрического кабеля является использование в качестве поглощающих материалов - специальных набухающих материалов стойких к воздействию агрессивных сред, имеющих место в скважинах.The technical solution of the electric cable, presented in [1], is also close from the known to that proposed in the part of the electrical structure by a combination of features. A feature of this electric cable is the use of absorbent materials - special swelling materials that are resistant to the effects of aggressive media that occur in wells.

Целью настоящего технического решения является создание ЭОК, не имеющего указанных выше недостатков, т.е. создание конструкции электрооптического кабеля, для питания нефтепогружного насоса, стойкого к механическим воздействиям в процессе изготовления и эксплуатации и имеющего повышенную рабочую температуру - таким образом, обладающего возможностью контроля характеристик волокон, при температурах близких к рабочим температурам электрических жил.The purpose of this technical solution is to create EOK that does not have the above disadvantages, i.e. creation of the design of an electro-optical cable for powering an oil submersible pump that is resistant to mechanical stress during manufacturing and operation and has an increased operating temperature - thus having the ability to control fiber characteristics at temperatures close to the operating temperatures of electrical cores.

Технический результат достигается тем, что ЭОК для питания погружных нефтяных насосов выполнен из трех изолированных электрических жил, расположенных параллельно друг другу в одной плоскости, продольно наложенных лент из нетканого полотна, по крайней мере, одного бронированного малогабаритного волоконно-оптического кабеля, введенного в пространство между поверхностями двух жил и внутренней поверхностью брони, выполненной из коррозионно-стойких оцинкованных лент. При этом, волоконно-оптический кабель, выполнен в виде скрученных шести стальных преформированных канатных проволок или прядей, образующих свободный канал в центре, в котором расположены одно или несколько оптических волокон.The technical result is achieved by the fact that the EOK for supplying submersible oil pumps is made of three insulated electrical conductors located parallel to each other in the same plane, longitudinally applied tapes of non-woven fabric, at least one armored small-sized fiber-optic cable inserted into the space between the surfaces of two cores and the inner surface of the armor made of corrosion-resistant galvanized tapes. Moreover, the fiber-optic cable is made in the form of twisted six steel preformed wire ropes or strands forming a free channel in the center, in which one or more optical fibers are located.

Технический результат достигается также тем, что преформированые оцинкованные проволоки или пряди из проволок имеют диаметр 0,5 до 0,9 мм, обеспечивая устойчивость к статическим раздавливающим и ударным нагрузкам, возникающим в процессе изготовления, а также при проведении монтажных и эксплуатационных работ.The technical result is also achieved by the fact that preformed galvanized wires or strands of wires have a diameter of 0.5 to 0.9 mm, providing resistance to static crushing and shock loads that occur during manufacturing, as well as during installation and maintenance work.

Технический результат достигается также тем, что гибкий оптический кабель имеет термостойкую и коррозионно-стойкую изоляцию, покрывающую броневое покрытие, толщиной менее 0,3 мм.The technical result is also achieved by the fact that the flexible optical cable has heat-resistant and corrosion-resistant insulation covering the armor coating with a thickness of less than 0.3 mm.

Полезная модель иллюстрируется чертежами.The utility model is illustrated by drawings.

На рис.1а изображено сечение электрооптического кабеля.Figure 1a shows a cross section of an electro-optical cable.

На рис.1б изображены два варианта выполнения оптического модуля из прядей проволок и единичных проволок.Figure 1b shows two versions of the optical module made of strands of wires and single wires.

На рисунках: 1 - изолированные электрические жилы кабеля, 2 - волоконно-оптические бронированные кабели, 3 - оптические волокна, 4 - ленточная броня, 5 - проволочная броня оптического кабеля, 6 - изоляция оптического кабеля, 7 - продольно расположенная лента из нетканого полотна.In the figures: 1 - insulated electrical cable conductors, 2 - fiber-optic armored cables, 3 - optical fibers, 4 - tape armor, 5 - wire armor of the optical cable, 6 - insulation of the optical cable, 7 - longitudinally located non-woven fabric tape.

Производство электрооптического кабеля, (рис.1а), включает процесс изготовления бронированного оптического микрокабеля, изолированных электрических жил и бронирование ЭОК.The production of electro-optical cable, (Fig. 1a), includes the process of manufacturing an armored optical micro-cable, insulated electrical cores and booking EOK.

Волоконно-оптический кабель изготавливают из шести гибких стальных предварительно преформированных проволок (или прядей проволок). Проволоки свивают с выбранным шагом скрутки, формируя полую трубку в центре, и помещают в ней одно или несколько кварцевых волокна с лаковым покрытием диаметром около 250 мкм. Более точно, в конструкции используют преформированные проволоки, диаметром 0,5-0,9 мм общим диаметром 1,5-2,8 мм с временным сопротивлением разрыва 160-220 кг/мм², использующихся в канатном производстве. Сверху броневое покрытие кабеля покрывают изоляционным слоем толщиной не более 0,3 мм из термостойкого материала, стойкого также к химически агрессивным средам, например, фторопластом. Внутри трубки может использоваться любое серийное волокно по спецификации ITU G651-G657 или другое температуростойкое волокно аналогичного диаметра.Fiber optic cable is made of six flexible steel preformed wires (or strands of wire). The wires are twisted with the selected twisting step, forming a hollow tube in the center, and one or several quartz fibers with a varnish coating with a diameter of about 250 microns are placed in it. More precisely, preformed wires with a diameter of 0.5-0.9 mm with a total diameter of 1.5-2.8 mm and a tensile strength of 160-220 kg / mm ² used in cable production are used in the construction. From above, the armor coating of the cable is covered with an insulating layer of a thickness of not more than 0.3 mm from a heat-resistant material, which is also resistant to chemically aggressive environments, for example, fluoroplastic. Inside the tube, any serial fiber according to ITU G651-G657 specification or other heat-resistant fiber of the same diameter can be used.

При изготовлении (прежде всего при бронирование) ЭОК по конструкции, (рис.1a) - обмотке лентами, а также при проведении вспомогательных операций, проведении монтажных и эксплуатационных работ конструкция бронированного оптического кабеля, выполненного согласно предлагаемому техническому решению, обладает стойкостью к статическим раздавливающим нагрузкам, растяжению, динамическим воздействиям, сохраняет геометрию по всей длине, и обеспечивает сохранение оптических волокон в центре бронированной трубки оптического кабеля. Термостойкая и стойкая к химическим агрессивным средам изоляция оптического кабеля обеспечивает дополнительную защиту. В целом конструкция кабеля обеспечивает его работоспособность для питания погружных насосов, в том числе возможность контроля температуры по длине и передачу дополнительных телеметричесчких систем из скважины для обеспечения комплексного управления нагрузкой в целом.In the manufacture (primarily during booking) of EOK by design, (Fig. 1a) - winding with tapes, as well as during auxiliary operations, installation and maintenance work, the design of an armored optical cable made in accordance with the proposed technical solution is resistant to static crushing loads , stretching, dynamic effects, preserves the geometry along the entire length, and ensures the preservation of optical fibers in the center of the armored tube of the optical cable. Heat-resistant and resistant to chemical aggressive environments, the insulation of the optical cable provides additional protection. In general, the cable design ensures its operability for supplying submersible pumps, including the ability to control the temperature along the length and transfer additional telemetry systems from the well to provide integrated load management as a whole.

Были изготовлены образцы предлагаемого электрооптического кабеля и проведены его успешные испытания на действующей скважине вместе с системой температурного мониторинга на основе оптического рамановского рефлектометра.Samples of the proposed electro-optical cable were made and its successful tests were conducted on an existing well together with a temperature monitoring system based on an optical Raman reflectometer.

Литература:Literature:

1. Flat power cable US Patent №2011/0011617 A1 Int. C1 H01B 7/08. Приоритет от Jan. 11, 2008 г.1. Flat power cable US Patent No. 2011/0011617 A1 Int. C1 H01B 7/08. Priority by Jan. 11, 2008

2. Кабель для установок погружных насосов. РФ. Патент на полезную модель №74004. Приоритет от 29.01.2008 г.2. Cable for submersible pump installations. RF Utility Model Patent No. 74004. Priority January 29, 2008

3. Мокански. Силовой кабель высокого напряжения со встроенным волоконно-оптическим модулем. Кабельная техника 2009 г. №2 (315) стр 14-163.3. Mokanski. High voltage power cable with integrated fiber optic module. Cable technology in 2009 No. 2 (315) p. 14-163.

4. ГОСТ Р 51777-2001. Кабели для установок погружных насосов.4. GOST R 51777-2001. Cables for submersible pump installations.

5. Г.Мальке, П.Гессинг. Волоконно-оптические кабели. Глава 9. Перевод с немецкого. Издание второе дополненное 2001 г. LINGUA-9, Новосибирск.5. G. Malke, P. Hessing. Fiber optic cables. Chapter 9. Translation from German. Second edition supplemented in 2001. LINGUA-9, Novosibirsk.

6. Зазирный М.В и др. Патент RU №2238578 кл G02B 6|44.6. Zazirny M.V. et al. Patent RU No. 2238578 class G02B 6 | 44.

7. Armored flat cable signalling and instrument Power Acquisition US Patent №2008|0093922 A1.Int.C1 H01J 3/34 от Dec.17,. 2007.7. Armored flat cable signaling and instrument Power Acquisition US Patent No. 2008 | 0093922 A1.Int.C1 H01J 3/34 dated Dec.17 ,. 2007.

Claims

1. Electro-optical cable for submersible electric pumps, containing conductive conductors laid parallel to one plane or twisted together, coated with plastic insulation, and longitudinally laid non-woven tapes, enclosed in corrosion-resistant tape armor, characterized in that in the space between the conductors one or several flexible steel armored small-sized fiber-optic cables were introduced, made in the form of 6 twisted preformed wire ropes or strands of wire, showing a free channel in the center in which one or more optical fibers are located.

2. The cable according to claim 1, characterized in that the preformed steel wire ropes or strands of wires have a diameter of from 0.5 to 0.9 mm, providing resistance to static crushing and shock loads that occur during manufacturing, as well as during installation and maintenance work.

3. The cable according to claim 1, characterized in that the flexible optical cables have a heat-resistant and resistant to aggressive chemical environments insulation covering the armor coating with a thickness of less than 0.3 mm