RU168117U1

RU168117U1 - ONE-STEEL CABLE FOR A WELL PUMP INSTALLATION

Info

Publication number: RU168117U1
Application number: RU2016122987U
Authority: RU
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Кабель Технологии Инновации"
Priority date: 2016-06-09
Filing date: 2016-06-09
Publication date: 2017-01-18

Abstract

Полезная модель относится к кабельной отрасли промышленности, а именно к конструкциям кабелей, по которым питающее напряжение постоянного тока от 750 до 2300 В подается к погружной части установки добычи нефти. Полезная модель относится также к области добычи нефти и других пластовых жидкостей и может быть использована в процессе эксплуатации скважин электропогружными насосами.Электрический одножильный кабель для установок погружных электронасосов включает в себя одну медную мягкую токопроводящую однопроволочную круглую жилу, двухслойную изоляцию либо из полиэтилена низкого давления, либо из блоксополимера пропилена с этиленом, либо из сочетания в первом слое композиции силанольносшиваемой композиции полиэтилена, а во втором композиции блоксополимера пропилена с этиленом, либо из сочетания в первом слое композиции блоксополимера пропилена с этиленом, а во втором слое термопластичного полиуретана, либо из сочетания в первом слое резины, а во втором слое изоляции из свинца, подушку под броню из нетканого полотна и броню из стальных оцинкованных лент. При этом по изоляции может быть дополнительно наложена полипропиленовая пленка.Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является разработка конструкции кабеля, позволяющая при минимальных затратах повысить надежность установки кабеля в процессе эксплуатации погружных электронасосов.Конструкция кабеля успешно опробована в одиночных двигателях переменного тока типа НO2Р7/36, защищенных патентом RU 2103557.The utility model relates to the cable industry, in particular to cable designs, through which a direct current voltage of 750 to 2300 V is supplied to the submersible part of the oil production unit. The utility model also relates to the field of oil and other formation fluids and can be used in the process of operating wells with electric submersible pumps. An electric single-core cable for submersible electric pump installations includes one copper soft conductive single-wire round core, two-layer insulation either from low-pressure polyethylene, or from a block copolymer of propylene with ethylene, or from a combination in the first layer of the composition of a silanol-crosslinkable polyethylene composition, and in the second composition block copolymer of propylene with ethylene, either from a combination in the first layer of the composition of block copolymer of propylene with ethylene, and in the second layer of thermoplastic polyurethane, or from a combination in the first layer of rubber and in the second layer of insulation from lead, a pillow under the armor of non-woven fabric and armor of steel galvanized tapes. At the same time, a polypropylene film can be additionally applied to the insulation. The technical result provided by the given set of features is the development of the cable design, which allows to increase the cable installation reliability during operation of submersible electric pumps at minimal cost. The cable design has been successfully tested in single NO2P7 / AC motors 36, protected by patent RU 2103557.

Description

Полезная модель относится к кабельной отрасли промышленности, а именно к конструкциям кабелей, по которым питающее напряжение постоянного тока от 750 до 2300 В подается к погружной части установки добычи нефти. Полезная модель относится также к области добычи нефти и других пластовых жидкостей и может быть использована в процессе эксплуатации скважин электропогружными насосами.The utility model relates to the cable industry, in particular to cable designs, through which a direct current voltage of 750 to 2300 V is supplied to the submersible part of the oil production unit. The utility model also relates to the field of oil and other formation fluids and can be used in the process of operating wells using electric submersible pumps.

Из предшествующего уровня техники известны в основном трехжильные электрические кабели для установок погружных электронасосов, содержащие скрученные между собой или уложенные параллельно токопроводящие жилы. Например, кабель для погружных электронасосов по ТУ 16-505.129-2002 (информационно-технический сборник «Изделия кабельные», т. 6 «Кабели и провода различного назначения», часть 2, изд. ОАО «ВНИИКП», г. Москва). Известен также кабель электрический по патенту Российской Федерации на полезную модель №148502, МПК Н01В 7/08, содержащий скрученные или параллельно уложенные в одной плоскости токопроводящие жилы, каждая из которых покрыта двухслойной изоляцией, при этом первый слой выполнен из блоксополимера пропилена с этиленом, обмотку лентами из синтетического материала и ленточную броню, отличающийся тем, что второй слой изоляции выполнен из термопластичного полиуретана.From the prior art, mainly three-wire electrical cables for submersible electric pump installations are known, containing conductive wires twisted together or laid in parallel. For example, a cable for submersible electric pumps according to TU 16-505.129-2002 (information and technical collection “Cable products”, t. 6 “Cables and wires for various purposes”, part 2, published by OJSC “VNIIKP”, Moscow). An electric cable is also known according to the patent of the Russian Federation for utility model No. 148502, MPK Н01В 7/08, containing conductive conductors twisted or parallel to one another, each coated with two-layer insulation, while the first layer is made of block copolymer of propylene with ethylene, a winding tapes made of synthetic material and tape armor, characterized in that the second insulation layer is made of thermoplastic polyurethane.

Признаки известного кабеля, совпадающие с признаками заявленной полезной модели, заключаются в выполнении кабеля с токопроводящей медной жилой, покрытой полимерной изоляцией, имеющего подушку под броню в виде обмотки лентами из синтетического материала и ленточную броню из стальной оцинкованной ленты.Signs of a well-known cable that coincide with the features of the claimed utility model consist in the implementation of a cable with a conductive copper core coated with polymer insulation, having a cushion for armor in the form of a winding with tapes of synthetic material and tape armor of steel galvanized tape.

Причиной, препятствующей получению в известных технических решениях результата, который обеспечивается полезной моделью, является то, что известные конструкции кабелей для погружных электронасосов выполнены трехжильными.The reason that prevents obtaining the result in the well-known technical solutions, which is provided by the utility model, is that the well-known cable designs for submersible electric pumps are made with three wires.

Наиболее близкой конструкцией кабеля для погружных электронасосов является конструкция, служащая прототипом для заявляемой полезной модели, защищенная патентом РФ №16882 МПК Н01B 7/00, содержащая одну токопроводящую жилу с тремя слоями полимерной изоляции.The closest cable design for submersible electric pumps is a design that serves as a prototype for the claimed utility model, protected by RF patent No. 16882 IPC H01B 7/00, containing one conductive core with three layers of polymer insulation.

Признаки известного кабеля, совпадающие с признаками заявленной полезной модели, заключаются в выполнении кабеля с одной токопроводящей жилой и наличие полимерной изоляции.Signs of a known cable, coinciding with the features of the claimed utility model, consist in the execution of a cable with one conductive core and the presence of polymer insulation.

Недостатком известного технического решения или причина, препятствующая получению в известном техническом решении результата, который обеспечивается полезной моделью, является недостаточная защита кабеля от механических повреждений.The disadvantage of the known technical solution or the reason that prevents the result in the known technical solution of the result, which is provided by the utility model, is the insufficient protection of the cable from mechanical damage.

Задача, на решение которой направлено заявленное техническое решение заключается в уменьшении себестоимости электрического кабеля за счет снижения металлоемкости конструкции и повышение ее экономичности путем замены трехжильных кабелей питания электродвигателя на одножильный при сохранении высоких эксплуатационных характеристик и надежности установки в процессе эксплуатации.The task to which the claimed technical solution is directed is to reduce the cost of electric cable by reducing the metal consumption of the structure and increasing its efficiency by replacing three-wire power cables of the electric motor with single-core cables while maintaining high performance and reliability of the installation during operation.

Данная задача достигается за счет того, что одножильный электрический кабель для установок погружных электронасосов включает в себя одну медную мягкую токопроводящую однопроволочную круглую жилу, двухслойную изоляцию либо из полиэтилена низкого давления, либо из блоксополимера пропилена с этиленом, либо из сочетания в первом слое композиции силанольносшиваемой композиции полиэтилена, а во втором композиции блоксополимера пропилена с этиленом, либо из сочетания в первом слое композиции блоксополимера пропилена с этиленом, а во втором слое термопластичного полиуретана, либо из сочетания в первом слое резины, а во втором слое изоляции из свинца, подушку под броню из нетканого полотна и броню из стальных оцинкованных лент. При этом, по изоляции может быть дополнительно наложена полипропиленовая пленка.This task is achieved due to the fact that a single-core electric cable for submersible electric pump installations includes one copper soft conductive single-wire round core, two-layer insulation either from low-pressure polyethylene or from a block copolymer of propylene with ethylene, or from a combination of a silanol-crosslinked composition in the first layer of the composition polyethylene, and in the second composition of the block copolymer of propylene with ethylene, or from a combination in the first layer of the composition of the block copolymer of propylene with ethylene, and in the second a layer of thermoplastic polyurethane, or a combination of the first rubber layer and the second insulation layer of lead, a pillow under armor and armor nonwoven fabric of galvanized steel tapes. At the same time, a polypropylene film can be additionally applied for insulation.

Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является разработка конструкции кабеля, позволяющая при минимальных затратах повысить надежность установки кабеля в процессе эксплуатации погружных электронасосов.The technical result provided by the given set of features is the development of the cable design, which allows, at minimal cost, to increase the reliability of the cable installation during operation of submersible electric pumps.

Технический результат и решение поставленной задачи достигаются следующим образом.The technical result and the solution of the task are achieved as follows.

Основными недостатками трехжильных кабелей для установок погружных электронасосов являются жесткие требования к изоляции, дороговизна, т.к. жилы кабеля изготавливаются из меди, высокая трудоемкость изготовления и большой вес. При этом существует опасность повреждения установки из-за перекрытия изоляции между жилами.The main disadvantages of three-core cables for the installation of submersible electric pumps are stringent insulation requirements, high cost, because cable cores are made of copper, high manufacturing complexity and high weight. In this case, there is a risk of damage to the installation due to overlapping insulation between the cores.

Конструкция кабеля прототипа проста в изготовлении, технологична, но три слоя изоляции кабеля недостаточно защищают кабель от механических повреждений при эксплуатации.The prototype cable design is easy to manufacture, technologically advanced, but three layers of cable insulation do not adequately protect the cable from mechanical damage during operation.

При изготовлении электрического кабеля для погружных электронасосов одножильным уменьшается расход дорогостоящей меди, конструкция более экономична, снижается металлоемкость конструкции, уменьшаются электрические потери и повышается надежность установки в процессе эксплуатации, а наложение на изоляцию подушки под броню и брони из стальных оцинкованных лент более надежно защищают токопроводящую жилу и изоляцию от механических повреждений, чем три слоя изоляции в прототипе.In the manufacture of an electric cable for submersible electric pumps, the consumption of expensive copper is reduced by a single-core, the structure is more economical, the metal consumption of the structure is reduced, the electrical losses are reduced and the reliability of the installation is increased during operation, and the application of cushion under the armor and armor from galvanized steel tapes more reliably protects the conductive core and isolation from mechanical damage than the three layers of insulation in the prototype.

Наличие различных слоев изоляции в кабеле обусловлено различным температурным индексом кабеля в зависимости от условий эксплуатации, т.е. от глубины и температуры скважины.The presence of different layers of insulation in the cable is due to the different temperature index of the cable depending on the operating conditions, i.e. from the depth and temperature of the well.

При температурном индексе 90°С изоляция кабеля изготавливается из полиэтилена низкого давления, высокой плотности. Удачное и редкое сочетание в полиэтилене химической стойкости, механической прочности, морозостойкости, хороших диэлектрических свойств, чрезвычайно низкие газопроницаемость и влагопоглощение, легкость и безвредность делают полиэтилен незаменимым при производстве кабелей для нефтепогружных насосов. Кроме того, полиэтилен низкого давления обладает прочностью, почти в два раза превышающей полиэтилен высокого давления. Его теплостойкость также выше на 15-20°С, увеличение плотности полиэтилена от 0,918 до 0,960 г/см³ сопровождается возрастанием твердости, уменьшением растворимости, снижением набухания в нефтепродуктах, лучшими термомеханическими характеристиками, но использоваться полиэтилен низкого давления в изоляции кабеля может только при эксплуатации до 90°С.At a temperature index of 90 ° C, the cable insulation is made of low-density polyethylene, high density. A successful and rare combination of chemical resistance, mechanical strength, frost resistance, good dielectric properties in polyethylene, extremely low gas permeability and moisture absorption, lightness and harmlessness make polyethylene indispensable in the manufacture of cables for oil submersible pumps. In addition, low-pressure polyethylene has a strength of almost two times that of high-pressure polyethylene. Its heat resistance is also higher by 15-20 ° С, an increase in the density of polyethylene from 0.918 to 0.960 g / cm ^{3 is} accompanied by an increase in hardness, a decrease in solubility, a decrease in swelling in petroleum products, and better thermomechanical characteristics, but low-pressure polyethylene can be used in cable insulation only during operation up to 90 ° C.

При более высоких температурах эксплуатации кабеля до 120-130°С двухслойную изоляцию изготавливают либо из блоксополимера пропилена с этиленом - оба слоя (120°С), либо первый слой - из композиции силаносшиваемого полиэтилена, а второй слой из композиции блоксополимера пропилена с этиленом (130°С). Блоксополимер пропилена с этиленом сочетают в себе свойства полипропилена и полиэтилена и намного превосходят по свойствам механические смеси полипропилена и полиэтилена. Для них характерны повышенная стойкость к растрескиванию (намного больше, чем у кабелей с полиэтиленовой изоляцией), хорошее качество поверхности изделий, высокая прочность при динамических испытаниях на изгиб, низкая усадка, высокая ударная вязкость и морозоустойчивость. Блоксополимеры обладают также высокой стойкостью к прорезанию, раздавливанию и истиранию в широком интервале температур.At higher cable operating temperatures up to 120-130 ° С, two-layer insulation is made either from a block copolymer of propylene with ethylene - both layers (120 ° С), or the first layer from the composition of silane crosslinkable polyethylene, and the second layer from the composition of block copolymer of propylene with ethylene (130 ° C). The block copolymer of propylene with ethylene combines the properties of polypropylene and polyethylene and far exceeds the properties of mechanical mixtures of polypropylene and polyethylene. They are characterized by increased resistance to cracking (much more than cables with polyethylene insulation), good surface quality of the products, high strength during dynamic bending tests, low shrinkage, high impact strength and frost resistance. Block copolymers are also highly resistant to cutting, crushing, and abrasion over a wide temperature range.

Применение в изоляции полиэтилена обусловлено его высокими механическими и эксплуатационными характеристиками, однако при температурах эксплуатации выше +90°С происходит резкое ухудшение механических свойств вплоть до потери формоустойчивости. При сшивании полиэтилена силанольной сшивкой в полимере образуется трехмерная структура, и он теряет способность течь при повышенных температурах, это дает возможность использовать полиэтилен в изоляции кабеля при температуре эксплуатации +130°С, сохраняя для изоляции все положительные свойства полиэтилена.The use of polyethylene in insulation is due to its high mechanical and operational characteristics, however, at operating temperatures above + 90 ° C, there is a sharp deterioration in mechanical properties up to the loss of form stability. When polyethylene is crosslinked by silanol crosslinking, a three-dimensional structure is formed in the polymer, and it loses its ability to flow at elevated temperatures, this makes it possible to use polyethylene in cable insulation at an operating temperature of + 130 ° C, while preserving all the positive properties of polyethylene for insulation.

При изготовлении кабеля с температурным индексом 160°С, во втором слое изоляции используют термопластичный полиуретан, основной функцией которого является защита первичной изоляции от вредного воздействия окружающей среды, будь то вредное воздействие атмосферных условий, гидролиз или механические нагрузки. Второй слой изоляции в этом случае позволяет выдерживать самые жесткие условия эксплуатации кабеля: динамические перегибы при высоких температурах, постоянное трение, контакт с агрессивными химикатами, гидролиз и т.д. Во всех этих случаях термопластичный компаунд значительно превосходит по свойствам обычные резиновые компаунды. Превосходное сопротивление истиранию обусловливает существенное преимущество термопластичного полиуретана над полиолефинами и ПВХ.In the manufacture of a cable with a temperature index of 160 ° C, a thermoplastic polyurethane is used in the second insulation layer, the main function of which is to protect the primary insulation from the harmful effects of the environment, whether it be harmful to atmospheric conditions, hydrolysis or mechanical stress. The second layer of insulation in this case allows you to withstand the most severe conditions of cable operation: dynamic kinks at high temperatures, constant friction, contact with aggressive chemicals, hydrolysis, etc. In all these cases, the thermoplastic compound is significantly superior in properties to ordinary rubber compounds. Excellent abrasion resistance provides a significant advantage of thermoplastic polyurethane over polyolefins and PVC.

При изготовлении кабеля с температурным индексом 230°С для глубоких и сверхглубоких скважин с высокими температурами в первом слое изоляции используется резина, а во втором - свинцовая оболочка.In the manufacture of a cable with a temperature index of 230 ° C for deep and ultra-deep wells with high temperatures, rubber is used in the first insulation layer, and a lead sheath in the second.

Изоляция из этиленпропиленовой резины обеспечивает бесперебойную работу кабеля при рабочей температуре проводника, равной 90°С, и удовлетворяет высоким значениям допустимой токовой нагрузки, оставляя при этом хороший запас прочности. Кроме того, изоляция из этиленпропиленовой резины обеспечивает устойчивость к короткому замыканию. Высокие термомеханические характеристики позволяют выдерживать повышенные нагрузки при эксплуатации, эластичность изоляции позволяет в местах изгибов кабелей снизить механические напряженности слоев изоляции, что не провоцирует неравномерного распределения электрической напряженности в толщине изоляции, высокая электрическая и термическая стойкость позволяет выдерживать токовую нагрузку на 15-20% больше, относительно кабеля, например, с изоляцией из пероксидосшиваемого полиэтилена. Для защиты первого слоя изоляции применяется второй металлический слой, выполняемый из свинца или свинцового сплава, который наряду с обеспечением герметичности, обеспечивает вибростойкость, сохраняет стабильную структуру и механические свойства при нагревании, имеет достаточно высокое сопротивление ползучести, т.е. не деформируется под воздействием длительных нагрузок и высокой температуры, кроме того, свинец в сравнении с другими металлами обладает малой химической активностью и высокой коррозионной стойкостью, что важно при работе кабеля в агрессивной среде нефтеводогазосодержащей жидкости, воздействия высоких температур и газообразных углеводов.The insulation from ethylene-propylene rubber ensures uninterrupted operation of the cable at a working temperature of the conductor equal to 90 ° C, and satisfies high values of the permissible current load, while maintaining a good margin of safety. In addition, ethylene propylene rubber insulation provides short circuit resistance. High thermomechanical characteristics make it possible to withstand increased loads during operation, the insulation elasticity allows to reduce the mechanical stresses of the insulation layers in the places of cable bends, which does not provoke an uneven distribution of electrical tension in the insulation thickness, high electrical and thermal resistance allows to withstand the current load by 15-20% more, relative to a cable, for example, with peroxy crosslinkable polyethylene insulation. To protect the first insulation layer, a second metal layer is used, made of lead or lead alloy, which, along with ensuring tightness, provides vibration resistance, maintains a stable structure and mechanical properties when heated, has a sufficiently high creep resistance, i.e. it does not deform under the influence of prolonged loads and high temperature, in addition, lead, in comparison with other metals, has low chemical activity and high corrosion resistance, which is important when operating the cable in an aggressive environment of oil-gas-liquid, exposure to high temperatures and gaseous carbohydrates.

Осуществляется заявляемая полезная модель в условиях производства следующим образом.The claimed utility model is carried out under production conditions as follows.

Токопроводящая жила выполнена медной, 1 класса гибкости по ГОСТ 22483. Изоляция токопроводящих жил выполнена двухслойной с величиной усилия обжатия к токопроводящей жиле не менее 0,2 кН. Поверх токопроводящей жилы может быть продольно наложена маркировочная лента. Поверх маркировочной ленты наложена подушка под броню, выполненная из нетканого полотна. Поверх подушки наложена броня из стальной оцинкованной или из стальной коррозионностойкой ленты.The conductive core is made of copper, class 1 flexibility according to GOST 22483. The insulation of the conductive conductors is double-layer with a compression force of at least 0.2 kN to the conductive core. Over the conductive core, a marking tape may be longitudinally applied. A cushion under the armor made of non-woven fabric is placed over the marking tape. On top of the pillow, armor is made of galvanized steel or steel corrosion-resistant tape.

Токопроводящая жила кабеля изготавливается медной однопроволочной, путем волочения медной катанки на типичном для кабельной отрасли волочильном оборудовании. Далее на экструзионном оборудовании на медную проволоку накладывается двухслойная изоляция с величиной усилия обжатия к токопроводящей жиле не менее 0,2 кН. Далее на бронировочной машине может быть продольно наложена маркировочная лента. Поверх маркировочной ленты или поверх изолированной жилы на бронировочной машине накладывается подушка под броню в виде обмотки с перекрытием лентами из нетканого полотна, а поверх подушки накладывается броня из профилированной стальной оцинкованной или коррозионностойкой ленты.The conductive cable core is made of copper single-wire, by drawing a copper wire rod on drawing equipment typical for the cable industry. Further, on the extrusion equipment, two-layer insulation is applied to the copper wire with a compression force of at least 0.2 kN to the conductive core. Further, a marking tape may be longitudinally applied on the armoring machine. On top of the marking tape or on top of an insulated core on the armoring machine, a cushion under the armor is applied in the form of a winding with overlapping non-woven fabric tapes, and over the pillow the armor is made of profiled galvanized steel or corrosion-resistant tape.

Конструкция кабеля успешно опробована в одиночных двигателях переменного тока типа НO2Р 7/36, защищенных патентом RU 2103557.The cable design has been successfully tested in single alternating current motors of type НО2Р 7/36, protected by patent RU 2103557.

Claims

1. An electric single-core cable for installation of submersible electric pumps, characterized in that it includes one conductive copper, single-wire round core, two-layer insulation, a pillow for armor and armor made of galvanized steel tapes.

2. The cable according to claim 1, characterized in that the two layers of polymer insulation are made of low pressure polyethylene.

3. The cable according to claim 1, characterized in that the two layers of polymer insulation are made from a composition of a block copolymer of propylene with ethylene.

4. The cable according to claim 1, characterized in that the first layer of polymer insulation is made from a composition of silanol-crosslinkable polyethylene, and the second layer from a composition of a block copolymer of propylene with ethylene.

5. The cable according to claim 1, characterized in that the first layer of polymer insulation is made of block copolymer of propylene with ethylene, and the second layer of thermoplastic polyurethane.

6. The cable according to claim 1, characterized in that the first layer is made of rubber, and the second layer of lead or a lead alloy.

7. The cable according to claim 1, characterized in that the cushion under the armor is made of non-woven fabric.

8. The cable according to claim 1, characterized in that an insulating marking polypropylene film is additionally imposed on the insulation.