RU21839U1

RU21839U1 - Электрический кабель (варианты) для кабельной линии установки, применяемой при добыче нефти

Info

Publication number: RU21839U1
Application number: RU2001108102/20U
Authority: RU
Inventors: А.Е. Буренков; М.А. Долгошапко; Г.П. Макиенко; Г.Р. Мухамадеев; Н.Н. Пекарников; В.Г. Савченко; Ш.М. Хамидов
Original assignee: ОАО "Камкабель"
Priority date: 2001-03-29
Filing date: 2001-03-29
Publication date: 2002-02-20

Description

Полезная модель относится к кабельной технике, а именно к конструкциям силовых кабелей с изоляцией из полимерных материалов, для кабельных линий установок, применяемых при добыче нефти. Известны кабели двухслойная изоляция которых выполняется из композиций полиэтилена высокой плотности; композиций блоксополимера пропилена с этиленом; радиационно модифицированный полиэтилен высокой плотности для первого слоя и композиций блоксополимера пропилена с этиленом для второго 1 .

При монтаже кабельной линии на скважине кабель соединяется с погружным электродвигателем и прокладывается на наружной поверхности приемного модуля, нефтенасоса, насосно-компрессорной трубы. Па указанных элементах установки кабель крепится хомутами. Паиболее близким к полезной модели по технической сущности является электрический кабель, содержащий три уложенные параллельно токопроводящие жилы, изолированные композицией полиэтилена высокой плотности, подущку под броню в виде накладываемой поверх жил обмотки из лент прорезиненной невулканизированной ткани либо термоскрепленного полотна и общую броню из стальной профилированной ленты 2 .

Электрический кабель, находящийся между насосно-компрессорной трубой и внутренней поверхностью эксплуатационной колонны скважины, испытывает раздавливающие нагрузки при монтаже и эксплуатации установки для добычи нефти. При эксплуатации установок возможен срыв подачи нефти, приводящий к перегреву нефтенасоса и повыщению температуры нагрева кабеля. Указанные факторы приводят к деструкции материала изоляции, ее пробою и, как следствие, преждевременному выходу кабеля из строя.

В процессе бронирования плоских кабелей возникают сдавливающие нагрузки по большей оси сечения кабеля. Это приводит к концентрации механических напряжений на контактных поверхностях изоляции средних и крайних жил, особенно сильно - на двух диаметрально противоположных контактных площадках средней жилы. При эксплуатации кабеля в условиях воздействия механических деформаций и поверхностно активных веществ механические напряжения в изоляции реализуются в микротрещины, а затем - в магистральные трещины, что ведет к полной деградации электрически свойств изоляции, чаще всего средней лшлы. После демонтажа кабеля на отдельных участках изоляции средней жилы наблюдаются продольные трещины.

Задача полезной модели - создание электрического кабеля (варианты), обеспечивающего более высокою работоспособность в условиях воздействия повышенной температуры нефтеводосодержащей жидкости различного химического состава, наличия раздавливающих нагрузок, перегрева при эксплуатации в составе установок для добычи нефти.

Данная задача рещена тем, что по крайней мере первый слой изоляции выполняется из маслостойкого силаносшиваемого полиэтилена. Применяется три способа получения полиэтилена со сшитой структурой:

-пероксидная вулканизация;

-использование силанов в качестве сшивающих агентов. Сшивание на основе силанов является самым экономичным средством

улучшения термостойкости полиэтилена и его химической стойкости. Полиолефины, сшитые силаном, соединяются посредством части Si-O-Si , а не связи С-С. которая имеет место в процессах с применением перекиси или радиации. При этом получается превосходный более термоустойчивый продукт 3 . Для изоляции приняты маслостойкие композиции силаносшиваемого полиэтилена. После выдержки образцов в испытательной жидкости в течение 7 суток при температуре 90 °С определяется удлинение при разрыве. Изменение удлинения должно быть не более 25 % по сравнению с величинами для образцов, не выдерживаемых в масле 4 .

Повышение надежности изоляции центральной жилы может быть обеспечено за счет выполнения обоих слоев из маслостойкого силаносшиваемого полиэтилена и применения обмотки из материала, используемого для подушки.

Проведены испытания изоляции из силаносшиваемого полиэтилена в части определения термопластической деформации и раздавливаюших усилий. Стойкость различных видов пластмассовой изоляции к термопластической деформации рассматривается по методике, предусматриваюшей приложение нагрузки и определение деформации изоляционного материала при различных температурах 5 . При температуре около 120°С полиэтилен высокой плотности переходит в вязкотекучее состояние. Силаносшиваемый полиэтилен

до температуры не менее 150°С находится в смешанном аморфнокристаллическом состоянии.

Согласно ТУ на кабели с полиэтиленовой изоляцией должны определяться механические свойства готового изделия при раздавливании на гидравлическом прессе. При этом образцы не менее одного метра размещаются между двумя пластинами размером 140x140 мм и определяется момент замыкания жилами и броней, который должен быть при раздавливающих усилиях не менее 158 кН для кабелей с жилами 10 мм. Фактические значения раздавливающих усилий для кабелей с двухслойной изоляцией из силаносщиваемого полиэтилена при сечении жил 3x10 мм не менее 580 кН.

Согласно стандарту на кабели силовые с пластмассовой изоляцией толщина изоляции из полимера сщитой структзфой составляет 2.0 мм для класса напряжения 3.0 кВ 5 . С учетом экстремальных условий монтажа и эксплуатации нефтекабелей общая толщина двухслойной изоляции из материалов различной теплостойкости составляет порядка 2.8 мм, из силаносщиваемого полиэтилена оба слоя либо 2.6 мм либо 2.4 мм. Температура в любой точке изоляции определяется из соотнощения:

где to- допустимая температура нагрева жилы кабеля, °С; ti температура нефтеводогазосодержащей жидкости, °С; RO- радиус токопроводящей лшлы, мм; RI - радиус по изоляции, мм;

(о-О J г

/ -1п| - + /„

о1 , г - радиус в любой точке.

Радиальная толщина нервого слоя из более теплостойкого материала, размеры жилы и изоляции в целом связаны соотношением:

S,R, - температура на границе слоев изоляции с различной теплостойкостью.

На рисунке (фиг.1) представлен общий вид кабеля в разрезе. Кабель содержит три токопроводящих жилы 1, последовательно наложенные на них слои 2 и 3 изоляции, первый из которых выполнен из силаносшиваемого полиэтилена, а второй из композиции полиэтилена высокой плотности либо из блоксополимера пропилена с этиленом. Кабель имеет общую броню 5, наложенную на подушку 4. Предлагаемый электрический кабель (варианты) обладает высокими термомеханическими характеристиками и обеспечивает увеличение срока наработки до первого отказа.

. / с /

(/2-i) , где

Литература

1.Международная инженерная энциклопедия. Серия «Нефтегазовая техника и технология. Установки погружных центробежных насосов для добычи нефти. Нод на чной редакцией Алекперова В.Ю., Кершенбаума В.Я. М.1999.

2.Кабели с полиэтиленовой изоляцией для погружных нефтенасосов. ТУ 16-505.129-82.

3.Пазнер Л.М. Вилли Бизанг. Силановое сшивание полиэтилена для улучшения качества продукции и облегчения технологического процесса. Пластические массы, 3, 1998.

4.DIN/VDE 0472-83, часть 803. Испытания кабелей и изолированных проводов. Маслостойкость.

5.Фризен Н.И., Олеар М.Г., Бочкарев Л.Н., Сотников В.Г. Разработка кабеля для погружных электронасосов, изолированного на основе полипропиленаа. Сб. научн. тр. ВНИИКП. Исследование и производство кабелей и проводов. М.; Энергоатомиздат. 1991.

6.«Кабели силовые с пластмассовой изоляцией. Технические условия. ГОСТ 16442-80.

Claims

1. Электрический кабель, содержащий три расположенные параллельно в одной плоскости токопроводящие жилы, каждая из которых имеет двухслойную изоляцию на основе полиэтилена высокой плотности, подушку под броню в виде наложенной поверх жил тканевой ленты и общую броню из стальной профилированной ленты, отличающийся тем, что первый слой изоляции каждой жилы выполнен из маслостойкого силаносшиваемого полиэтилена, причем его радиальная толщина, размеры жилы и изоляции связаны соотношением

где t₁ - допустимая температура нагрева жилы кабеля, ^oС;
t₀ - температура нефтеводогазсодержащей жидкости, ^oС;
t₂ - температура на границе слоев изоляции,^oС;
R₁ - радиус токопроводящей жилы, мм;
R₀ - радиус по изоляции, мм.

2. Электрический кабель по п.1, отличающийся тем, что оба слоя изоляции выполнены из маслостойкого силаносшиваемого полиэтилена.

3. Электрический кабель по п.1, отличающийся тем, что второй слой изоляции выполнен из маслостойкого силаносшиваемого полиэтилена.

4. Электрический кабель, содержащий три расположенные параллельно в одной плоскости токопроводящие жилы, каждая из которых имеет двухслойную изоляцию на основе полиэтилена высокой плотности, подушку под броню в виде наложенной поверх жил тканевой ленты и общую броню из стальной профилированной ленты, отличающийся тем, что первый слой изоляции центральной жилы выполнен из маслостойкого силаносшиваемого полиэтилена.

5. Электрический кабель по п.4, отличающийся тем, что второй слой изоляции центральной жилы выполнен из маслостойкого силаносшиваемого полиэтилена.

6. Электрический кабель по п.4, отличающийся тем, что второй слой изоляции центральной жилы выполнен из блоксополимера пропилена с этиленом при содержании этиленовых звеньев 7-15%.