RU22265U1 - Электрический кабель для погружных нефтенасосов (варианты) - Google Patents

Description

Электрический кабель для иогружиых иефтеиасосов

Полезная модель относится к электротехнической нромышленности, а именно к силовым электрическим кабелям, используемым для питания погружаемых в скважины электродвигателей нефтенасосов.

Известен электрический кабель для погружных нефтенасосов, например, кабель марки КПБК и кабель марки КПБП, содержащий токопроводящие жилы, каждая из которых покрыта изоляцией из композиции на основе полиэтилена высокой плотности (ПЭНД) и защитной оболочкой на основе полиэтилена высокой плотности (ПЭНД), и охватываюп|ую жилы общую броню из стальной оцинкованной ленты, установленную на подушку из нетканого полотна (Месенжник Я.З., Кабели для нефтегазовой промышленности., 1972, стр. 76-81).

Однако этот известный кабель не может быть использован для работы в скважинах с большим газовым фактором и высокой температурой в забое, т.к. полиэтиленовая изоляция не способна быть полностью устойчивой к действию высоких температур и переменных давлений и защитить жилы от проникновения скважинных жидкостей. Кроме этого, изоляционные оболочки кабеля сжимаются под действием давления, а с ростом температуры их сжимаемость ещё более увеличивается. Одновременно и молекулы газов, особенно при высоком газовом факторе

(вариаиты)

МПК: Н01 В 7/18

очень быстро заполняют поры и расслоения изоляции, а также пустоты между ними. Поэтому насыщение изоляции кабелей газом и жидкостями приводит к увеличению их объёма (разбуханию) и снижению плотности, обуславливающих падение диэлектрических свойств, а также появление радиально-направленных нагрузок на неё со стороны жёсткой брони кабеля. Одновременно в процессе эксплуатации возникают кратковременные экстремальные условия, связанные с локальным повышением температуры и давления и, кроме того, периферические слои изоляции испытывают повышенные деформирующие нагрузки, обусловленные эксплуатационной спецификой. Всё перечисленное приводит к деструкции материала изоляции, её пробою и, как следствие, преждевременному выходу кабеля из строя.

Известен также электрический кабель для погружных нефтенасосов, содержащий токопроводящие жилы, каждая из которых покрыта изоляцией из композиции на основе полиэтилена высокой плотности (ПЭНД), а сверху - барьерным элементом в виде оболочки из свинца, и охватывающую жилы общую броню из стальной оцинкованной ленты, установленную на подушку из нетканого полотна (Кабель компании Centriline CEL, МесенжникЯ.З., Кабели для нефтегазовой промышленности., 1972, стр.34).

Применение свинца в качестве защитной оболочки для изоляции кабеля, обладающей повышенными усталостными свойствами, позволяет защитить кабель от коррозии, воздействия химических соединений и проникновения газа. Поэтому такой кабель со свинцовой оболочкой является наилучшим кабелем для работы в скважинах с большим газовым фактором и высокой температурой в забое.

Однако использование свинца в производстве кабелей экологически опасно, в связи с тем, что свинец токсичен. В процессе производства кабеля операцию нанесения свинцовой оболочки производят с разогревом свинца, который при этом выделяет вредные газы, вызывающие отравление. Поэтому для обеспечения безопасного производства таких кабелей

необходимо дополнительное технологическое оборудование для защиты от выделяющихся вредных веществ, что ведёт к значительному удорожанию кабеля (стоимость одного погонного метра такого кабеля составляет от 12до15т.$). Кроме того, свинец обладает большим удельным весом (11,94 г/см), что значительно утяжеляет конструкцию кабеля и приводит к его удлинению в процессе эксплуатации и, как следствие, к обрыву. В связи с тем, что обычный свинец не выдерживает вибрационных нагрузок, возникающих при его железнодорожной транспортировке, поэтому на практике обычно используют более дорогой сурмянистый свинец, что также ведёт к удорожанию кабеля.

Наиболее близким к предлагаемой полезной модели является электрический кабель для погружных нефтенасосов, содержащий покрытые термостойкой изоляцией токопроводящие жилы, а поверх изоляции - барьерным элементом, и охватывающую все жилы обилую броню из стальной оцинкованной ленты, установленную на подушку из нетканого полотна (Патент на изобретение .№ 2109359, Н01В7/18, приор. 22.01.97, опубл. 20.04.98, бюл.№ 11).

Этот наиболее известный кабель лёгкий и обладает, как показала практика, хорошими эксплуатационными свойствами, но только при кратковременном воздействии температур.

Недостатком этого наиболее близкого к предлагаемой полезной модели является его невысокая эксплуатационная надёжность, обусловленная проникновением скважинных жидкостей в пространство между барьерным элементом и внешним слоем изоляции, скопление которой во внутреннем пространстве кабеля, работающего под большим давлением, приводит к набуханию изоляции и, как следствие, к её разрыву. Кроме того, из-за дороговизны фторопластовых лент и их экологически опасного производства, применение этого кабеля технологически и экономически невыгодно.

Задача, решаемая предлагаемой полезной моделью, состоит в повышении эксплуатационной надёжности и долговечности электрических кабелей для погружных нефтенасосов, путём создания эффективной конструкции, обладающей небольшим весом и обеспечивающей высокую работоспособность кабеля в условиях периодического повышения механических воздействий скважинных газов и жидкостей и температуры внешней среды.

Данная задача решена тем, что электрический кабель для погружных нефтенасосов (вариант 1), который, как и наиболее близкий к нему, содержащий покрытые термостойкой изоляцией токопроводящие жилы, а поверх изоляции - барьерным элементом, и охватывающую все жилы обшую броню цз стальной оцинкованной ленты, расположенную на подушке из нетканого полотна, он дополнительно содержит заполнитель, расположенный в межфазном пространстве, и заземляющий провод, установленный продольно поверх каждого барьерного элемента, а также оплётку из синтетических нитей, плотно охватывающую заземляющий провод вместе с барьерным элементом, при этом барьерный элемент выполнен композиционно-двухслойным из металлической фольги с полиэтиленовым подслоем и уложен полиэтиленовым подслоем непосредственно на изоляцию.

Поставленная задача решена также тем, что электрический кабель для погружных нефтенасосов (вариант 2), который, как и наиболее близкий к нему, содержащий покрытые термостойкой изоляцией токопроводящие жилы, а поверх изоляции - барьерным элементом, и охватывающую все жилы общую броню из стальной оцинкованной ленты, расположенную на подушке из нетканого полотна, он дополнительно содержит заполнитель, расположенный в межфазном пространстве, и заземляющий провод, установленный продольно поверх каждого барьерного элемента, а также внешнюю оболочку, плотно охватываюшую заземляющий провод вместе с барьерным элементом, при этом барьерный элемент выполнен

композиционно-двухслойным из металлической фольги с нолиэтиленовым подслоем и уложен полиэтиленовым подслоем непосредственно на изоляцию.

Полиэтиленовый подслой барьерного элемента в предложенной конструкции кабеля выполняет роль элемента, служащего для плотного термического скрепления барьерного элемента на жилах кабеля.

В зависимости от условий эксплуатации форма кабеля и используемые материалы для его изготовления могут быть разными. Например, форма кабеля может быть круглой или плоской, а броня - профилированной. Термостойкая изоляция, покрывающая токопроводящие жилы, может быть выполнена как минимум из двух слоев. Для обеспечения высоких защитных свойств используют радиационно-модифицированную в инертной среде изоляцию. Металлическая фольга барьерного элемента может быть изготовлена либо из стали, либо из алюминия или меди, а изоляция, покрывающая токопроводящую жилу, и внешняя оболочка (вариант 2) могут быть выполнены из одного и того же материала, например, полиолефинового.

На чертеже представлен общий вид предлагаемого кабеля в разрезе:

Предлагаемый электрический кабель (вариант 1) содержит токопроводящие жилы 1, каждая из которых покрыт изоляцией 2, а поверх неё композиционно-двухслойным барьерным элементом 3 из металлической фольги 4 с полиэтиленовым подслоем 5, непосредственно уложенным на изоляцию 2.

В связи с тем, что алюминий и медь обладают значительно меньшим удельным весом, чем свинец, изготовление металлической фольги 4 барьерного элемента 3 из этих материалов позволяет значительно облегчить вес кабеля и обеспечить, тем самьш, его надёжность в эксплуатации. Кроме того, алюминий и медь обладают повышенной теплостойкостью и прочностью по сравнению со свинцом, поэтому металлическая фольга барьерного элемента, изготовленная из этих материалов, в уелоВИЯХ высоких температур надёжнее защитит изоляцию от проникновения к ней горячих газов и скважинных жидкостей.

Полиэтиленовый подслой 5 барьерного элемента 3 в предложенной конструкции кабеля выполняет роль элемента, служащего для плотного термического скрепления краёв барьерного элемента, уложенного с перекрытием на жилах 1 кабеля.

Поверх фольги 4 вдоль жил 1 проложена заземляющая проволока 6, а поверх неё - оплётка 7 из синтетических нитей, плотно охватывающая заземляющий провод 6 вместе с барьерным элементом 3. Все изолированные жилы 1 кабеля охвачены подушкой 8 из нетканого материала, а поверх неё - бронёй из стальной оцинкованной ленты 9. Для обеспечения механической прочности кабеля в процессе эксплуатации межфазное пространство кабеля заполнено заполнителем 10.

Электрический кабель для погружных нефтенасосов (вариант 2) содержит вместо оплётки 7 из синтетических нитей внешнюю оболочку, выполненную из композиции на основе полиэтилена высокой плотности и охватывающую заземляющий провод вместе с барьерным элементом.

В зависимости от условий эксплуатации кабель может иметь круглую или плоскую форму, а его броня может быть выполнена профилированной. Термостойкая изоляция, при этом, может иметь несколько слоев, а слой металлической фольги барьерного элемента может быть выполнен из алюминия или меди.

Выполнение кабеля (вариант 2) с изоляцией, покрывающей каждую токопроводящую жилу, и внешней оболочкой из одного и того же материала способствует технологичности производства кабеля.

Технологический процесс изготовления электрического кабеля для погружных нефтенасосов заключается в следующем.

Токопроводящие жилы 1 электрического кабеля, изготовленные однопроводными из медной проволоки ММ по ТУ 16.К71-087-90, ГОСТ 211279, покрывают методом экструзии изоляцией из композиции на основе поли этилена высокой плотности марки 271-70К по ГОСТ 16336-77. Затем изолированные жилы, облучают на установке Со-60 в инертной среде уизлучением, получая пространственное сшивание макроцепей полиэтилена, благодаря которому повышается термостойкость этой изоляции, стойкость к воздействию высоких переменных давлений и агрессивных сред. Например, при гидростатическом давлении 1200 кгс/см, предельная температура нагрева для радиационно-сшитого ПЭНД составляет 240 С. Облучение в инертной среде способствует также повышению влагоустойчивости полиэтилена. После этого на термостойкую изоляцию 2 каждой жилы укладывают полиэтиленовым подслоем 5 барьерный элемент 3 с перекрытием на 3-4 мм (толщина барьерного элемента: 0,13-0,18 мм). Операцию укладки барьерного элемента производят с одновременным предварительным разогревом его металлической фольги 4, способствующим плотному термическому скреплению ее с полиэтиленовым подслоем 5, а также термическому скреплению краев барьерного элемента 3. Барьерный элемент 3 изготавливали из алюминиевой фольги 4 по ТУ 16,К-17-031-98 с шириной 37 мм. А затем поверх фольги 4 продольно устанавливают заземляющий провод 6 диаметром 0,4 мм. и плотно охватывают его вместе с изолированной жилой оплеткой 7 из синтетических нитей, толщиной 1- 1,3мм. (вариант 1) или внешней оболочкой той же толщины, выполненной, например, из композиции на основе полиэтилена высокой плотности (вариант 2). Таким образом, все изолированные токопроводящие жилы подготовлены к общей сборке в единый кабель. После этого все подготовленные жилы собирают вместе и охватывают подушкой 8 из нетканого материала, одновременно размещая в формирующемся межфазном пространстве кабеля заполнитель 9. Затем на подушку 8 укладывают броню 10 из стальной оцинкованной профилированной ленты марки Апр по ГОСТ 3559-75, толщиной 0,5 мм и шириной 20 мм.

Наложение изоляции 2 и оболочки 7 (вариант 2) нроизводили на экструзионной линии RME-2 и RIE - 2 (Австрия) с диаметром шнека 100 мм и 120 мм соответственно, а бронирование, наложение барьерного элемента и общей подушки - на бронировочной машине БМ-3.

Внешнюю оболочку 7 (вариант 2) и подушку 8 из нетканного полотна изготавливали по ТУ 8390-008-05283280, ТУ 14-4-1620-90.

Результаты испытаний образцов токопроводящих жил для предлагаемого электрического кабеля, выполненных без барьерного элемента и с барьерным элементом из алюминиевой фольги, приведены в таблице. При этом все образцы выдерживались в трансформаторном масле при температуре (t) 135 С в течение 3-х часов.

Результаты испытаний показали, что термостойкая изоляция образцов с барьерным элементом не изменила своих геометрических размеров в процессе испытаний, а, следовательно, и не изменила своей плотности и диэлектрических свойств. И наоборот, термостойкая изоляция образцов без барьерного элемента изменила свои геометрические размеры (разбухла) в процессе испытаний, увеличившись примерно на 30%, и, следовательно, её плотность и диэлектрические свойства значительно снизились.

Таким образом, термостойкая изоляция, покрывающая токопроводящие жилы, находится под защитой надёжного барьерного элемента, предохраняющего её от проникновения газов и пластовой жидкости, что обеспечивает работоспособность кабеля при повышенных механических воздействиях и температуре внешней среды.

Предлагаемая конструкция электрического кабеля для погружных нефтенасосов за счёт дополнительного введения в конструкцию кабеля заполнителя, расположенного в межфазном пространстве кабеля, и заземляющего провода, установленного продольно поверх каждого барьерного элемента, а также оплётки из синтетических нитей (вариант 1) или внешней оболочки, плотно охватывающей каждую жилу кабеля (вариант

2), и выполнения барьерного элемента композиционно-двухслойным из металлической фольги с полиэтиленовым подслоем, уложенным полиэтиленовым подслоем непосредственно на термостойкую изоляцию, позволила создать эффективную конструкцию кабеля, обладающего оптимальным весом и обеспечивающего длительную работоспособность кабеля в условиях периодического повышения механических воздействий скважинных газов, жидкостей и температуры внешней среды, а также повысить технологичность его изготовления, за счёт использования однотипных и недефицитных материалов.

Определение из перечня выявленных аналогов прототипа позволило выявить совокупность существенных, по отношению к усматриваемому техническому результату, отличительных признаков в заявляемой конструкции электрического кабеля для погружных нефтенасосов, изложенных в формуле полезной модели.

Следовательно, заявленный в качестве полезной модели электрический кабель для погружных нефтенасосов соответствует критерию «новизна.

Критерий полезной модели «промышленная применимость подтверждается тем, что электрический кабель с его новыми признаками успешно прошёл испытания на надёжность и долговечность. ,- поверенный РФ, 0465

V,v;-:n-..

// /// Л.К. - Л.К. Петрова ./гФормула

Claims (24)

1. Электрический кабель для погружных нефтенасосов, содержащий токопроводящие жилы, покрытые термостойкой изоляцией, а поверх изоляции - барьерным элементом, и охватывающую все жилы общую броню из стальной оцинкованной ленты, расположенную на подушке из нетканого полотна, отличающийся тем, что он дополнительно содержит заполнитель, расположенный в межфазном пространстве кабеля, и заземляющий провод, установленный продольно поверх каждого барьерного элемента, а также оплетку из синтетических нитей, плотно охватывающую заземляющий провод вместе с барьерным элементом, при этом барьерный элемент выполнен композиционно-двухслойным из металлической фольги с полиэтиленовым подслоем и уложен полиэтиленовым подслоем непосредственно на изоляцию.

2. Электрический кабель для погружных нефтенасосов по п.1, отличающийся тем, что форма кабеля выполнена круглой.

3. Электрический кабель для погружных нефтенасосов по п.1, отличающийся тем, что форма кабеля выполнена плоской.

4. Электрический кабель для погружных нефтенасосов по п.1, отличающийся тем, что броня выполнена профилированной.

5. Электрический кабель для погружных нефтенасосов по п.1, отличающийся тем, что барьерный элемент наложен на изоляцию с перекрытием.

6. Электрический кабель для погружных нефтенасосов по п.1, отличающийся тем, что изоляция выполнена как минимум из двух слоев.

7. Электрический кабель для погружных нефтенасосов по п.1, отличающийся тем, что металлическая фольга барьерного элемента выполнена из стали.

8. Электрический кабель для погружных нефтенасосов по п.1, отличающийся тем, что металлическая фольга барьерного элемента выполнена из алюминия.

9. Электрический кабель для погружных нефтенасосов по п.1, отличающийся тем, что металлическая фольга барьерного элемента выполнена из меди.

10. Электрический кабель для погружных нефтенасосов по п.1, отличающийся тем, что изоляция, покрывающая токопроводящую жилу, представляет собой радиационно-модифицированную в инертной среде изоляцию.

11. Электрический кабель для погружных нефтенасосов по п.1, отличающийся тем, что изоляция, покрывающая токопроводящую жилу, выполнена из композиции на основе полиэтилена высокой плотности и представляет собой, например, полиолефиновый материал.

12. Электрический кабель для погружных нефтенасосов по п.1, отличающийся тем, что внешняя оболочка, охватывающая заземляющий провод вместе с барьерным элементом, выполнены из того же материала, что и изоляция.

13. Электрический кабель для погружных нефтенасосов, содержащий токопроводящие жилы, покрытые термостойкой изоляцией, а поверх изоляции - барьерным элементом, и охватывающую все жилы общую броню из стальной оцинкованной ленты, расположенную на подушке из нетканого полотна, отличающийся тем, что он дополнительно содержит заполнитель, расположенный в межфазном пространстве кабеля, и заземляющий провод, установленный продольно поверх каждого барьерного элемента, а также внешнюю оболочку, плотно охватывающую заземляющий провод вместе с барьерным элементом, при этом барьерный элемент выполнен композиционно-двухслойным из металлической фольги с полиэтиленовым подслоем и уложен полиэтиленовым подслоем непосредственно на изоляцию.

14. Электрический кабель для погружных нефтенасосов по п.13, отличающийся тем, что форма кабеля выполнена круглой.

15. Электрический кабель для погружных нефтенасосов по п.13, отличающийся тем, что форма кабеля выполнена плоской.

16. Электрический кабель для погружных нефтенасосов по п.13, отличающийся тем, что броня выполнена профилированной.

17. Электрический кабель для погружных нефтенасосов по п.13, отличающийся тем, что барьерный элемент наложен на изоляцию с перекрытием.

18. Электрический кабель для погружных нефтенасосов по п.13, отличающийся тем, что изоляция выполнена как минимум из двух слоев.

19. Электрический кабель для погружных нефтенасосов по п.13, отличающийся тем, что металлическая фольга барьерного элемента выполнена из стали.

20. Электрический кабель для погружных нефтенасосов по п.13, отличающийся тем, что металлическая фольга барьерного элемента выполнена из алюминия.

21. Электрический кабель для погружных нефтенасосов по п.13, отличающийся тем, что металлическая фольга барьерного элемента выполнена из меди.

22. Электрический кабель для погружных нефтенасосов по п.13, отличающийся тем, что изоляция, покрывающая токопроводящую жилу, представляет собой радиационно-модифицированную в инертной среде изоляцию.

23. Электрический кабель для погружных нефтенасосов по п.13, отличающийся тем, что изоляция, покрывающая токопроводящую жилу, выполнена из композиции на основе полиэтилена высокой плотности и представляет собой, например, полиолефиновый материал.

24. Электрический кабель для погружных нефтенасосов по п.13, отличающийся тем, что внешняя оболочка, охватывающая заземляющий провод вместе с барьерным элементом, выполнены из того же материала, что и изоляция.