RU145516U1 - Нефтекабель - Google Patents

Abstract

1. Электрический кабель для установок погружных электронасосов бронированный с подушкой под броню, состоящий из трёх медных, скрученных между собой или уложенных в одной плоскости изолированных токопроводящих жил, каждая из которых находится в двухслойной изоляции, причём первый слой изоляции выполнен из химически сшитого полиэтилена, отличающийся тем, что второй слой изоляции выполнен из стирольного термоэластопласта на основе полиамидов.2. Электрический кабель для установок погружных электронасосов бронированный с подушкой под броню, состоящий из трёх медных, скрученных между собой или уложенных в одной плоскости изолированных токопроводящих жил, каждая из которых находится в двухслойной изоляции, причём первый слой изоляции выполнен из химически сшитого полиэтилена, отличающийся тем, что второй слой изоляции выполнен из стирольного термоэластопопласта на основе полиолефинов.3. Электрический кабель для установок погружных электронасосов бронированный с подушкой под броню, состоящий из трёх медных, скрученных между собой или уложенных в одной плоскости изолированных токопроводящих жил, каждая из которых находится в двухслойной изоляции, причём первый слой изоляции выполнен из химически сшитого полиэтилена, отличающийся тем, что второй слой изоляции выполнен из композиции блоксополимера пропилена с этиленом стойкого к воздействию ионов меди.4. Кабель по пп. 1, 2, 3, отличающийся тем, что скрутка жил произведена с заполнителями из блоксополимера пропилена с этиленом или резины.5. Кабель по пп. 1, 2, 3, отличающийся тем, что поверх скрученных или параллельно уложенных в одной плоскости изолированных жил �

Description

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 до 4 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.

Термоэластопласты могут обладать следующими заданными свойствами:

- высокой механической прочностью;

- высокой атмосферостойкостью;

- стойкостью к воздействию ультрафиолета, озона и влаги;

- высокой гибкостью и ударной вязкостью в широком диапазоне температур;

- высокой масло- и бензостойкостью, выдающейся химической стойкостью;

- отличными свойствами при низких и высоких температурах;

- высокой износостойкостью;

- стойкостью к ударным и знакопеременным нагрузкам;

- эластичностью;

- долговечностью;

- стойкостью к усталостным деформациям, высоким усталостным сопротивлением;

- небольшой ползучестью;

- низким значением остаточной деформации сжатия;

Кроме того, если с течением времени резино-технические изделия (РТИ) стареют, теряя эластичность и приобретая хрупкость и ломкость, ТЭП, наоборот, сохраняя все свои эластические свойства, приобретают еще большие прочностные показатели. И, наконец, срок годности термоэластопластов, как сырья, так и изделий, значительно больше, чем у резины, а удельный вес ТЭП, по сравнению с резиной, более низкий. К «плюсам» ТЭП можно отнести также возможность проведения операций стыковки, сварки, склейки изделий.

Из предшествующего уровня техники известны следующие аналоги электрических кабелей для установок погружных электронасосов с изоляцией из ТЭП.

Известен кабель электрический по патенту Российской Федерации на полезную модель №61461, МПК H01B 7/00, предназначенный для подачи электрической энергии к погружным электродвигателям установок добычи нефти, водоподъема и перекачки жидкостей из шурфов. Кабель содержит три токопроводящие жилы, два слоя изоляции из композиции блоксополимера (сополимера) пропилена с этиленом. Поверх второго слоя изоляции наложена дополнительная изоляция из лент полиэтилентерефталатной пленки для защиты основной изоляции от непосредственного воздействия скважинной жидкости и газового фактора. Кабель имеет также подушку под общую броню и общую броню из профилированной стальной оцинкованной ленты. Дополнительная изоляция из лент полиэтилентерефталатной пленки обладает повышенной прочностью и стойкостью к химическим воздействиям, позволяет увеличить рабочие температуры и повысить срок службы кабеля. Недостатком является то, что основная изоляция из композиции блоксополимера (сополимера) пропилена с этиленом имеет невысокую стойкость к растрескиванию под напряжением.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели является электрический кабель для погружных электронасосов по патенту Российской Федерации на полезную модель №62283, МПК H01B 7/00. Он принят за прототип полезной модели. 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. Стойкость к растрескиванию под напряжением в скважинной среде у основной изоляции из силанольносшитого полиэтилена низкого давления в два раза выше, чем у изоляции кабеля по патенту №61461. Изоляция из силанольносшитого полиэтилена низкого давления имеет более высокий уровень устойчивости к высоким температурам. К достоинствам прототипа следует отнести также наличие двух защитных слоев изоляции у токопроводящих жил. Недостатком прототипа 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.

Задача, на решение которой направлено заявленное техническое решение заключается в расширении арсенала технических средств в данной области, а также повышении надежности и срока службы электрического кабеля для установок погружных электронасосов.

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, а второй слой изоляции выполнен из стирольного термоэластопласта на основе полиамидов, либо из стирольного термоэластопопласта на основе полиолефинов, либо из композиции блоксополимера пропилена с этиленом стойкого к воздействию ионов меди.

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 (от 130°C до 180°C), механической прочности и стойкости к химическим воздействиям заявляемой полезной модели за счет сочетания свойств химически сшитого полиэтилена в первом слое изоляции со свойствами термоэластопласта во втором слое изоляции.

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. Температура эксплуатации изоляции из обычного полиэтилена не более 40°C, кроме того «несшитые» термопласты чувствительны к медленному распространению трещин - процессу, возникающему в результате действия внешних нагрузок, приводящих к развитию в материале изоляции усталостных напряжений. Сшитый полиэтилен гасит возникающие внутренние напряжения и полностью блокирует образование трещин. Кроме того, сшитый полиэтилен характеризуется следующими свойствами:

- устойчивость к коррозии;

- термоустойчивость и устойчивость к высокому давлению;

- высокая ударная вязкость и прочность, даже при низких температурах до -50°C (выдерживает несколько циклов замораживания и оттаивания теплоносителя без потери свойств);

- память формы, стабильность формы;

- устойчивость к механическому износу и старению при повышенной температуре;

- гибкость;

- низкая теплопроводность;

- высокая прочность на истирание и разрез;

- высокая устойчивость к воздействию химических веществ;

- высокая усталостная прочность даже при повышенной температуре (до +110°C);

- стабильность формы и трещиноустойчивость;

- высокая ударопрочность и ударная вязкость при температурах ниже -50°C;

- оптимальное соотношение гибкости и прочности.

Такие свойства сшитого полиэтилена обеспечивают кабелю для погружных электронасосов надежность в эксплуатации, механическую прочность и термостойкость.

Второй слой изоляции предлагаемого кабеля выполняют в зависимости от длительно допустимой температуры нагрева жил. Если длительно допустимая температура нагрева жил 180°C, второй слой изоляции выполняют из стирольного термоэластопласта на основе полиамидов. Термопластичные эластомеры, полученные путем смешения полиамида "твердого сегмента" и блок-сополимера на основе полиэфира "мягкого сегмента. Основными преимуществами этой группы материалов являются широкий диапазон рабочих температур, широкий диапазон твердости по Шору A. Содержание стирольных блоков в термоэластопластах (30, 40 или 50% по массе) определяет их деформационно-прочностные характеристики. С увеличением содержания жестких блоков модуль упругости и прочность возрастают, а относительное удлинение при разрыве уменьшается. Полимерная система, используемая для изоляции и оболочки кабеля получила название ТЕФАБЛОК ТО (TEFABLOC TO). Полимерная система ТЕФАБЛОК содержит в себе кристаллические полимеры, эластомеры и парафиновые масла. Наличие стирольных эластомеров в материале обеспечивает эластичность и пластичность при низких температурах. Твердые полиамидные блоки выполняют функцию термопластической жесткой фазы, обеспечивают твердость и химическую стойкость. Типы ТЕФАБЛОК′а с повышенной твердостью (65 по Шору D и больше) обладают стойкостью к маслам и топливным материалам.

Если длительно допустимая температура нагрева жил 150°C, второй слой изоляции выполняют из стирольного термоэластопласта на основе полиолефинов TEFABLOC TOCA, где вместо полиамидных жестких блоков используют кристаллические полимеры - полиолефины, которые также обеспечивают твердость и химическую стойкость, хотя и уступают полиамидным блокам по верхнему пределу теплостойкости и твердости (56 по Шору D). Стирольные термоэластопласты на основе полиолефинов обладают весьма ценным комплексом свойств: исключительно высокие диэлектрические характеристики в широком интервале температур, химическая стойкость, значительная теплостойкость, прочность, небольшой удельный вес и т.д.

Если длительно допустимая температура нагрева жил 130°C, второй слой изоляции выполняют из композиции блоксополимера пропилена с этиленом, стойкого к воздействию ионов меди. Блоксополимерные кабели превосходят полиэтиленовые по верхнему пределу температуры эксплуатации и стойкостью к растрескиванию. Они имеют: высокую ударную прочность (при низких температурах) и высокую эластичность; повышенную долговременную термическую стабильность; стойкость к термоокислительному разрушению при эксплуатации изделии из него и находят применение при изготовлении изоляции водо- и нефтепогружных, геофизических, сейсмических кабелей. Блок-сополимер обладает следующими свойствами:

Климатическая и химическая стойкость: при высоких температурах - к щелочам, кислотам, растворам солей, растительным и минеральным маслам; при комнатной температуре - к органическим растворителям; БС имеет низкое влагопоглощение. Благодаря этим свойствам, все изделия из данного материала могут долго находиться в жидких агрессивных средах.

Температурный режим: шах температура - до ста сорока градусов, температура плавления - сто семьдесят градусов. Блок-сополимер морозостоек.

Механические свойства: блок-сополимер обладает значительной ударопрочностью, пониженными твердостью и жесткостью, повышенной износостойкостью.

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 химически сшитого полиэтилена - 2; второго слоя изоляции из ТЭП - 3; подушки под броню - 4; брони - 5.

Конструкции кабеля для установок погружных электронасосов успешно опробованы в условиях производства.

Claims (8)

1. Электрический кабель для установок погружных электронасосов бронированный с подушкой под броню, состоящий из трёх медных, скрученных между собой или уложенных в одной плоскости изолированных токопроводящих жил, каждая из которых находится в двухслойной изоляции, причём первый слой изоляции выполнен из химически сшитого полиэтилена, отличающийся тем, что второй слой изоляции выполнен из стирольного термоэластопласта на основе полиамидов.

2. Электрический кабель для установок погружных электронасосов бронированный с подушкой под броню, состоящий из трёх медных, скрученных между собой или уложенных в одной плоскости изолированных токопроводящих жил, каждая из которых находится в двухслойной изоляции, причём первый слой изоляции выполнен из химически сшитого полиэтилена, отличающийся тем, что второй слой изоляции выполнен из стирольного термоэластопопласта на основе полиолефинов.

3. Электрический кабель для установок погружных электронасосов бронированный с подушкой под броню, состоящий из трёх медных, скрученных между собой или уложенных в одной плоскости изолированных токопроводящих жил, каждая из которых находится в двухслойной изоляции, причём первый слой изоляции выполнен из химически сшитого полиэтилена, отличающийся тем, что второй слой изоляции выполнен из композиции блоксополимера пропилена с этиленом стойкого к воздействию ионов меди.

4. Кабель по пп. 1, 2, 3, отличающийся тем, что скрутка жил произведена с заполнителями из блоксополимера пропилена с этиленом или резины.

5. Кабель по пп. 1, 2, 3, отличающийся тем, что поверх скрученных или параллельно уложенных в одной плоскости изолированных жил кабеля продольно проложена маркировочная лента.

6. Кабель по пп. 1, 2, 3, отличающийся тем, что подушка под броню выполнена в виде обмотки с перекрытием не менее 40% лентами из нетканого полотна или ткани прорезиненной невулканизированной.

7. Кабель по пп. 1, 2, 3, отличающийся тем, что броня выполнена из профилированной стальной оцинкованной или коррозионностойкой ленты.

8. Кабель по пп. 1, 2, 3, отличающийся тем, что броня наложена "в замок" на круглых кабелях, с перекрытием не менее 40% на плоских кабелях.