RU60259U1

RU60259U1 - ELECTRICAL CABLE

Info

Publication number: RU60259U1
Application number: RU2006112992/09U
Authority: RU
Inventors: Сергей Евгеньевич Глушков; Анатолий Петрович Куимчиди
Original assignee: Открытое Акционерное Общество "Росскат"
Priority date: 2006-04-19
Filing date: 2006-04-19
Publication date: 2007-01-10

Abstract

Электрический кабель относится к кабельной технике и может быть использован для питания погружных электросистем, преимущественно электродвигателей погружных нефтенасосов. Задачей предлагаемого технического решения является увеличение срока службы при эксплуатации кабеля на глубинах до 3000 метров с температурой пластовой жидкости от 80°С до 210°С. Поставленную задачу решают за счет того, что электрический кабель содержит три изолированные пространственно сшитым полиэтиленом высокой плотности токопроводящие жилы, оболочку и броню из стальной профилированной ленты, при этом поверх изоляции каждой жилы расположен дополнительный слой, выполненный из термоэластопласта, толщиной 0,2 - 0,7 мм,Electric cable refers to cable technology and can be used to power submersible electrical systems, mainly electric motors of submersible oil pumps. The objective of the proposed technical solution is to increase the service life when operating the cable at depths up to 3000 meters with a temperature of formation fluid from 80 ° C to 210 ° C. The problem is solved due to the fact that the electric cable contains three insulated with spatially cross-linked high-density polyethylene conductive conductors, a sheath and armor made of steel profiled tape, with an additional layer made of thermoplastic elastomer with a thickness of 0.2-0, over the insulation of each core 7 mm

Description

Электрический кабель относится к кабельной технике и может быть использован для питания погружных электросистем, преимущественно электродвигателей погружных нефтенасосов.Electric cable refers to cable technology and can be used to power submersible electrical systems, mainly electric motors of submersible oil pumps.

На работоспособность кабелей электродвигателей погружных нефтенасосов влияют скважинные и другие факторы:The downhole and other factors affect the performance of the cables of the electric motors of submersible oil pumps:

- проникновение газа под давлением во внутренний объем изоляции, уменьшение плотности изоляции приводит к росту токов утечки - уменьшению диэлектрических свойств изоляции;- penetration of gas under pressure into the internal volume of insulation, a decrease in the insulation density leads to an increase in leakage currents - a decrease in the dielectric properties of the insulation;

- подъем УЭЦН при присутствии газа в изоляции, уменьшение плотности изоляции, радиальные микроразрывы (микротрещины) изоляции при несоответствующих скоростях подъема УЭЦН приводят к росту токов утечки - уменьшению диэлектрических свойств изоляции;- ESP rise in the presence of gas in the insulation, decrease in insulation density, radial microfractures (microcracks) of the insulation at inappropriate ESP rise rates lead to an increase in leakage currents - a decrease in the dielectric properties of the insulation;

- присутствие горячей воды более 80°С и внедрение ее в изоляцию приводит к соединению гидроксильной группы (ОН) с молекулярной структурой изоляции, приводит к уменьшению диэлектрических свойств изоляции - росту токов утечки;- the presence of hot water above 80 ° C and its introduction into the insulation leads to the connection of the hydroxyl group (OH) with the molecular structure of the insulation, leads to a decrease in the dielectric properties of the insulation - an increase in leakage currents;

- вымывание ингредиентов из изоляции (специальных добавок, увеличивающих срок эксплуатации кабеля), приводит к уменьшению диэлектрических свойств изоляции -росту токов утечки;- leaching of ingredients from the insulation (special additives that increase the life of the cable), leads to a decrease in the dielectric properties of the insulation - the growth of leakage currents;

- внедрение маслянистых жидкостей не диэлектрического характера под давлением в изоляцию приводит к уменьшению плотности изоляционного материала, росту токов утечки;- the introduction of oily liquids of a non-dielectric nature under pressure into the insulation leads to a decrease in the density of the insulating material, an increase in leakage currents;

- внедрение маслянистых жидкостей под давлением в изоляцию, в закрытом объеме под бронепокровом, приводит к сдавливанию средней жилы и утонению ее боковых стенок, результатом этого эффекта является появление продольных трещин по бокам средней жилы и росту токов утечки;- the introduction of oily liquids under pressure into the insulation, in a closed volume under the armor cover, leads to compression of the middle core and thinning of its side walls, the result of this effect is the appearance of longitudinal cracks on the sides of the middle core and an increase in leakage currents;

- внедрение химических веществ в объем изоляции, таких как NaCl, H₂S углеводородных соединений и других приводит к химическому соединению с молекулярной структурой изоляции и росту токов утечки;- the introduction of chemicals into the insulation volume, such as NaCl, H ₂ S hydrocarbon compounds and others, leads to a chemical compound with a molecular structure of insulation and an increase in leakage currents;

- высокое давление отрицательно влияет на работу изоляции. - high pressure negatively affects the operation of the insulation.

(Я.З. Месенжник «Кабели для нефтегазовой промышленности», Ташкент, издательство «Фан», 1972,стр28,29).(Y.Z. Messenger “Cables for the oil and gas industry”, Tashkent, Fan Publishing House, 1972, p. 28.29).

Известен «Электрический кабель» по патенту SU 1828302, МПК 6 Н 01 В 7/18, от 1991.05.23, опубл. 1996.04.10, где три изолированные композицией, на основе полиэтилена высокой плотности, токопроводящие жилы, расположенные параллельно в одной плоскости, поверх них наложена оболочка из композиции, содержащей полиэтилен низкой плотности и бронь из стальной профилированной ленты, при этом, оболочка выполнена из композиции, дополнительно содержащей полиэтилен высокой плотности, при следующем содержании компонентов, массовом соотношении: полиэтилен низкой плотности 50-80; полиэтилен высокой плотности 20-50.The well-known "Electric cable" according to patent SU 1828302, IPC 6 H 01 B 7/18, from 1991/05/23, publ. 1996.04.10, where three insulated with the composition, based on high density polyethylene, conductive conductors located in parallel in the same plane, on top of them is a sheath made of a composition containing low density polyethylene and armor made of steel profiled tape, while the sheath is made of a composition, additionally containing high density polyethylene, with the following content of components, mass ratio: low density polyethylene 50-80; high density polyethylene 20-50.

Данное техническое решение путем увеличения стойкости к раздавливающим усилиям в результате предотвращения растворения оболочки в условиях эксплуатации, и ее выдавливания за пределы брони, повышает эксплуатационную надежность кабеля.This technical solution, by increasing the resistance to crushing forces as a result of preventing the dissolution of the shell under operating conditions and extruding it outside the armor, increases the operational reliability of the cable.

Недостатком этой конструкции является то, что кабель пригоден к эксплуатации для скважин небольших глубин до 1500-1800 м при рабочей температуре 90°С. В настоящее время глубина скважин достигает 3000 м, эту конструкцию кабеля можно использовать только в верхней части скважин из-за повышенных температур на забое 90-120°С.The disadvantage of this design is that the cable is suitable for use for wells of small depths up to 1500-1800 m at an operating temperature of 90 ° C. Currently, the depth of the wells reaches 3000 m, this cable design can be used only in the upper part of the wells due to elevated temperatures at the bottom 90-120 ° C.

Наиболее близким техническим решением является кабель для питания установок электропогружных насосов КПсПБП -130, на рабочую температуру 130°С, Подольского завода НП «Подольсккабель», содержащий медную токопроводящую жилу, комбинированную изоляцию из сшитого и несшитого полиолефина, подушку из иглопробивного полотна и бронепокрова из стальной оцинкованной ленты,The closest technical solution is a cable for powering the installations of electric submersible pumps KPSPBP -130, at a working temperature of 130 ° C, of the Podolsk plant NP Podolskkabel, containing a copper conductive core, combined insulation from a cross-linked and non-cross-linked polyolefin, a pillow from needle-punched fabric and armored cover made of steel galvanized tape,

Изоляция двух слоев выполнена из полиолефинов, которые изменяют свою геометрию при температуре 80°С и выше. Происходит продольное утонение диаметральных сторон средней жилы, растрескивание, и, как следствие, токи утечки возрастают, происходит пробой изоляции.The insulation of the two layers is made of polyolefins, which change their geometry at a temperature of 80 ° C and above. There is a longitudinal thinning of the diametrical sides of the middle core, cracking, and, as a result, leakage currents increase, a breakdown of insulation occurs.

При такой конструкции кабеля нет адгезии между первым слоем изоляции и вторым, имеющих разное молекулярное строение, поэтому в местах разделки и сростки при эксплуатации в вертикальном положении кабеля происходит внедрение маслянистых жидкостей скважинного пласта в изоляционный материал по всей длине кабельной линии, разбухание изоляции, токи утечки возрастают, происходит пробой изоляции.With this cable design, there is no adhesion between the first insulation layer and the second having a different molecular structure, therefore, in the places of cutting and splicing during operation in the vertical position of the cable, oily borehole fluids are introduced into the insulating material along the entire length of the cable line, the insulation swells, leakage currents increase, breakdown of insulation occurs.

Процент разбухания при температуре -140°С достигает 12-14% в маслянистой жидкости показан на сравнительном графике (прил. 1).The percentage of swelling at a temperature of -140 ° C reaches 12-14% in an oily liquid is shown in the comparative graph (Appendix 1).

Задачей предлагаемого технического решения является увеличение срока службы The objective of the proposed technical solution is to increase the service life

при эксплуатации кабеля на глубинах до 3000 метров с температурой пластовой жидкости от 80°С до 210°С.when operating the cable at depths up to 3000 meters with a temperature of formation fluid from 80 ° C to 210 ° C.

Поставленную задачу решают за счет того, что электрический кабель содержит три изолированные пространственно сшитым полиэтиленом высокой плотности токопроводящие жилы, оболочку и броню из стальной профилированной ленты, при этом поверх изоляции каждой жилы расположен дополнительный слой, выполненный из термоэластопласта, толщиной 0,2 - 0,7 мм,The problem is solved due to the fact that the electric cable contains three insulated with spatially cross-linked high-density polyethylene conductive conductors, a sheath and armor made of steel profiled tape, with an additional layer made of thermoplastic elastomer with a thickness of 0.2-0, over the insulation of each core 7 mm

Добавление дополнительной оболочки из химически стойкого материала, например термоэластопласта, толщиной 0,2 - 0,7 мм, предотвращает увеличение геометрии изоляции от разбухания, что не позволяет сдавливать в продольных точках соприкосновения изолированные жилы в замкнутом пространстве внутри бронепокрова и менять ее диэлектрические параметры. Это увеличивает эксплуатационный срок службы кабеля в скважинах на глубинах от 2500 до 3000 м от 2 до 3 раз и позволяет повысить индекс изоляции на 20-70°С, не увеличивая энергию и время при радиационной обработке изоляции жил.The addition of an additional sheath of a chemically resistant material, for example, thermoplastic elastomer, with a thickness of 0.2 - 0.7 mm, prevents an increase in the geometry of insulation from swelling, which does not allow insulating cores to be compressed in longitudinal spaces in a confined space inside the armor cover and change its dielectric parameters. This increases the operational life of the cable in the wells at depths from 2500 to 3000 m from 2 to 3 times and allows you to increase the insulation index by 20-70 ° C, without increasing the energy and time during the radiation treatment of the core insulation.

Совокупность признаков нова и приводит к техническому эффекту позволяющему увеличить срок службы при эксплуатации кабеля на глубинах до 3000 метров с температурой пластовой жидкости от 80°С до 210°С и повышенным газовьм фактором.The set of features is new and leads to a technical effect that allows to increase the service life when operating the cable at depths up to 3000 meters with a temperature of formation fluid from 80 ° C to 210 ° C and an increased gas factor.

В настоящее время кабель в количестве 48 кабельных линий успешно эксплуатируется на скважинах Нефтеюганского месторождения на глубинах до 2600÷2700 метров с тяжелыми осложняющими факторами температурой 160°С, присутствием газа 120 м³/т и давлением 25÷27 МПа.Currently, the cable in the amount of 48 cable lines is successfully operating in the wells of the Nefteyugansk field at depths up to 2600 ÷ 2700 meters with severe complicating factors at a temperature of 160 ° C, the presence of gas of 120 m ³ / t and a pressure of 25 ÷ 27 MPa.

В третьем квартале 2005 года на НК ОАО «Сибнефть-Ноябрьскнефть» (г. Ноябрьск) было поставлено и опущено в скважины более 350 км. кабеля с оболочкой из термоэластопласта. Скважины отличаются максимальной температурой в зоне подвески более 90°С, с газовым фактором до 21 см³/т и давлением жидкости 25 МПа.In the third quarter of 2005, over 350 km were delivered and lowered into wells at NK OAO Sibneft-Noyabrskneft (Noyabrsk). cable with sheath made of thermoplastic elastomer. Wells are characterized by a maximum temperature in the suspension zone of more than 90 ° C, with a gas factor of up to 21 cm ³ / t and a fluid pressure of 25 MPa.

Ни на одну из работающих строительных длин кабелей, на момент подачи заявки от нефтепромыслов, замечаний не поступало.No comments were received on any of the working construction lengths of cables at the time of filing the application from the oil fields.

В приложении 2 дан график зависимости разбухания изоляции жил и оболочек от воздействия трансформаторного и других масел по методике №45200-90106.002 ЗАО «РОССКАТ»-000 «Юганск ЭПУ Сервис»-000 Мамонтов ЭПУ Сервис» и методике №45200-90106.006 ОАО «РОССКАТ» - 000 «Резонанс Плюс» г. Дмитровград НИАР (Научно исследовательский институт атомных реакторов)Appendix 2 gives a graph of the dependence of the swelling of the insulation of conductors and shells on the effects of transformer and other oils according to the methodology No. 45200-90106.002 ZAO ROSSKAT -000 Yugansk EPU Service -000 Mamontov EPU Service and methodology No. 45200-90106.006 OJSC ROSSKAT - 000 Resonance Plus, Dmitrovgrad, NIAR (Scientific Research Institute of Atomic Reactors)

На чертеже изображен кабель в разрезе, где медная токопроводящая жила 1, двухслойная изоляция 2, дополнительная оболочка из термоэластопласта 3, подушка из термоскрепленного нетканого или иглопробивного технического полотна 4, броня из стальной оцинкованной или с мельхиоровым покрытием ленты 5. Электрический кабель выполнен следующим образом.The drawing shows a cable in section, where the copper conductive core 1, two-layer insulation 2, an additional sheath of thermoplastic elastomer 3, a pillow of thermally bonded non-woven or needle-punched technical fabric 4, armor made of galvanized steel or nickel-silver coated tape 5. The electric cable is made as follows.

Электрический кабель содержит три изолированные несколькими слоями пространственно сшитого полиэтилена высокой плотности 2 токопроводящие жилы 1 с толщиной изоляции, рассчитанной под определенное напряжение.The electric cable contains three insulated with several layers of spatially cross-linked high density polyethylene 2 conductive conductors 1 with insulation thickness, calculated for a certain voltage.

Поверх изоляции каждой жилы дополнительно расположен слой оболочки, выполненной из химически стойкого к воздействию пластовой нефтяной жидкости термоэластопласта, толщиной 0,2 - 0,7 мм. Толщина меньше 0,2 мм является минимальной по техническим возможностям технологического экструзионного оборудования и уже не надежной по механической прочности; толщина 0,7 мм является максимальной, исходя из практической целесообразности, применение большей толщины ведет к необоснованным расходам.On top of the insulation of each core, an additional layer of a sheath made of thermoplastic elastomer chemically resistant to the influence of reservoir oil is located, with a thickness of 0.2 - 0.7 mm. A thickness of less than 0.2 mm is the minimum in terms of technical capabilities of the technological extrusion equipment and is no longer reliable in terms of mechanical strength; a thickness of 0.7 mm is the maximum, based on practical feasibility, the use of a larger thickness leads to unreasonable costs.

Оболочка выполнена из химически стойкого термоэластопласта, которая минимально разбухает в самом агрессивном трансформаторном масле ГОСТ 982 при температуре 140°С в течение 6 часов. 0,8-0,9%; в автомобильных маслах разбухает на ту же величину в интервале температур до 190°С.The shell is made of chemically resistant thermoplastic elastomer, which minimally swells in the most aggressive transformer oil GOST 982 at a temperature of 140 ° C for 6 hours. 0.8-0.9%; in automobile oils swells by the same amount in the temperature range up to 190 ° C.

Поверх дополнительных оболочек всех трех жил расположены подушка из термоскрепленного нетканого или иглопробивного технического полотна 4 и броня из стальной оцинкованной или с мельхиоровым покрытием ленты 5.On top of the additional shells of all three cores, there is a pillow made of thermally bonded non-woven or needle-punched technical fabric 4 and armor made of galvanized steel or nickel-silver coated tape 5.

Физико- механические и другие параметры термоэластопластов были исследованы во Всероссийском научно -исследовательском институте кабельной промышленности. Протокол испытаний ОАО «ВНИИКП» стр. 6, 8, 9. (прил. 3)Physico-mechanical and other parameters of thermoplastic elastomers were studied at the All-Russian Scientific Research Institute of Cable Industry. Test report of JSC VNIIKP p. 6, 8, 9. (adj. 3)

Например, изоляция при гель фракции не менее 70% отвечает температурной стойкости 140°С и разбухании в незащищенном состоянии в пределах от (22-35)%, а при защите химической оболочкой разбухание составляет (0,8-1)% и отвечает температура до 210°С с удержанием удельного омического сопротивления pν=10¹³ -10¹² Ом. см (стр.210 «Кабели для нефтегазовой промышленности» Я.З. Месенжник Издательство «Фан Узбекской ССР Ташкент 1972 г»).For example, isolation with a gel fraction of at least 70% corresponds to a temperature resistance of 140 ° C and swelling in an unprotected state ranging from (22-35)%, and when protected by a chemical shell, the swelling is (0.8-1)% and the temperature corresponds to 210 ° С with retention of specific ohmic resistance pν = 10 ¹³ -10 ¹² Ohm. cm (p. 210 “Cables for the oil and gas industry” by Y.Z. Mesenzhnik Publishing House “Fan of the Uzbek SSR Tashkent 1972”).

Claims

The electric cable contains three insulated conductive high density polyethylene conductive conductors, a sheath and armor made of steel profiled tape, characterized in that an additional layer made of thermoplastic elastomer, 0.2-0.7 mm thick, is located on top of each core insulation.