SK500632019A3 - Power cables for electric submersible pump - Google Patents

Power cables for electric submersible pump Download PDF

Info

Publication number
SK500632019A3
SK500632019A3 SK50063-2019A SK500632019A SK500632019A3 SK 500632019 A3 SK500632019 A3 SK 500632019A3 SK 500632019 A SK500632019 A SK 500632019A SK 500632019 A3 SK500632019 A3 SK 500632019A3
Authority
SK
Slovakia
Prior art keywords
power cable
insulating layer
cable
extruded
insulating
Prior art date
Application number
SK50063-2019A
Other languages
Slovak (sk)
Inventor
Toma Milouchev
Bill Foe
Edward Wiencek
Original Assignee
Prysmian Spa
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Prysmian Spa filed Critical Prysmian Spa
Priority to SK50063-2019A priority Critical patent/SK500632019A3/en
Publication of SK500632019A3 publication Critical patent/SK500632019A3/en

Links

Abstract

Predkladaný vynález opisuje trojfázový napájací kábel vrtného čerpadla obsahujúci tri elektrické vodiče, z ktorých každý je vybavený najmenej jednou extrudovanou polymérnou izolačnou vrstvou vyrobenou z izolačného polyméru vybraného z etylénového kopolyméru alebo fluórpolyméru, kovovou trubicou v radiálnej vonkajšej polohe vzhľadom na izolačnú vrstvu a extrudovanou vrstvou na zapuzdrenie, v ktorej sú umiestnené tri elektrické vodiče a je vyrobená z fluórpolyméru.The present invention discloses a three-phase drilling pump power cable comprising three electrical conductors each provided with at least one extruded polymeric insulating layer made of an insulating polymer selected from an ethylene copolymer or fluoropolymer, a metal tube in a radial outer position relative to the insulating layer and extruded layer in which three electrical conductors are located and is made of a fluoropolymer.

Description

Oblasť technikyTechnical field

Predkladaný vynález satýka napájacieho kábla pre systémy elektrického ponorného čerpadla (ESP).The present invention provides a power cord socket for electric submersible pump (ESP) systems.

Doterajší stav technikyPrior art

Systémy ESP obsahujú ako vrtné tak povrchové komponenty. Vrtné komponenty systému ESP zahŕňajú motor, chrániče, sekcie čerpadla, prívody čerpadla, napájacie káble, zariadenia na manipuláciu s plynom a vrtné senzory. Povrchové komponenty zahŕňajú zariadenia na riadenie čerpadla, ako sú pohony s premenlivou rýchlosťou (VSD) a zdroj elektrickej energie, ktorý je pripojený k motoru čerpadla systému pomocou káblov chránených pancierom.ESP systems contain both drilling and surface components. ESP drilling components include motor, protectors, pump sections, pump inlets, power cables, gas handling equipment and drilling sensors. Surface components include pump control devices such as variable speed drives (VSDs) and a power source that is connected to the system's pump motor by armored cables.

V mnohých oblastiach uplatnenia poskytujú systémy ESP niekoľko prevádzkových výhod. Čerpadlá môžu byť vyrobené z vysoko kvalitných, korózii odolných kovových zliatin na použitie v prostredí vrtu s tekutinami s vysokým pomerom plynov a olejov (GOR), vysokými teplotami a tekutinami obsahujúcimi korozívne kyslé plyny. Pri prevádzkovaní ESP by však malo byť zvážených niekoľko prevádzkových výziev. Aj keď systémy ESP môžu byť vyrobené so špeciálnymi kovovými zliatinami odolnými proti oderu a modernizovanými materiálni a konfiguráciou radiálnych ložísk, časy prevádzky ESP môžu byť vážne ohrozené v prostrediach s vysokýmobsahompiesku atuhýchlátok.In many areas of application, ESP systems provide several operational benefits. The pumps can be made of high quality, corrosion resistant metal alloys for use in borehole environments with high gas to oil ratio (GOR) fluids, high temperatures and fluids containing corrosive acid gases. However, several operational challenges should be considered when operating ESP. Although ESP systems can be made with special abrasion-resistant metal alloys and upgraded radial bearing materials and configurations, ESP operating times can be seriously endangered in environments with high solids and carbon content.

Typický systém ESP všeobecne obsahuje elektrické ponorné čerpadlo (ESP), ktoré má byť umiestnené na dne vrtu, v hĺbke niekoľkých kilometrov, napojené na potrubný systémna dopravenie výrobnej tekutiny (oleja) na povrch. Motor ESP má trojfázový striedavý prúd (AC) a je poháňaný káblovým pripojením k systému elektrického zdroja a regulácie na povrchu vrtu. Ako uvádza http://petrowiki.org/Electrical_submersible_pumps, napájacie káble ESP sú špeciálne skonštruované trojfázové napájacie káble, ktoré sú navrhnuté špecificky pre prostredie vrtov. Konštrukcia kábla by mala mať malý priemer, chránený pred mechanickým poškodením a odolný voči fyzickému a elektrickému poškodeniu v dôsledku agresívneho prostredia vrtu. Môžu byť vyrobené v kruhovej alebo plochej konfigurácii, s použitím niekoľkých rôznych izolačných materiálov a materiálov kovových pancierov pre rôzne nepriateľské prostredia vrtu. Obvykle majú tieto káble životnosť nanajvýš 3 roky.A typical ESP system generally includes an electric submersible pump (ESP) to be located at the bottom of the borehole, several kilometers deep, connected to a piping system for transporting production fluid (oil) to the surface. The ESP motor has three-phase alternating current (AC) and is driven by a cable connection to the power supply and control system on the well surface. As http://petrowiki.org/Electrical_submersible_pumps states, ESP power cables are specially designed three-phase power cables that are designed specifically for the well environment. The cable construction should be small in diameter, protected from mechanical damage and resistant to physical and electrical damage due to the aggressive borehole environment. They can be made in a circular or flat configuration, using several different insulation materials and metal armor materials for different hostile well environments. Usually, these cables have a lifespan of up to 3 years.

Napájacie káble ESP zvyčajne prenášajú AC prúd až do 200 A alebo viac, v závislosti na požiadavkách príkonu ESP.ESP power cords typically carry AC current of up to 200 A or more, depending on ESP power requirements.

US 2012/0093667 sa týka napájacích káblov používaných na prenos elektrickej energie do elektrických ponorných čerpadiel (ESPs), najmä napájacieho kábla vhodného na inštaláciu v prostrediach, v ktorých je teplota nepretržite v rozsahu asi 260 stupňov Celzia (500 stupňov Fahrenheit). Napájači kábel podľa tohto odkazu má tri elektrické vodiče a izolátor obsahujúci najmenej dve izolačné vrstvy, vyrobené z toho istého alebo iného materiálu, napríklad polyimid alebo íluórpolymér. Ochranný plášť je umiestnený nad izolovaným vodičom a môže byť vyrobený z kovového materiálu, ako je nehrdzavejúca oceľ alebo Monel. Izolované a opláštené vodiče sú vzájomne spojené obalením vonkajšou vrstvou, ktorá môže byť skonštruovaná z kovového alebo nekovového materiálu.US 2012/0093667 relates to power cables used to transmit electricity to electric submersible pumps (ESPs), in particular a power cable suitable for installation in environments where the temperature is continuously in the range of about 260 degrees Celsius (500 degrees Fahrenheit). The power cable according to this reference has three electrical conductors and an insulator comprising at least two insulating layers made of the same or different material, for example polyimide or fluoropolymer. The protective sheath is located above the insulated conductor and can be made of a metallic material such as stainless steel or Monel. The insulated and sheathed conductors are interconnected by wrapping with an outer layer, which may be constructed of a metallic or non-metallic material.

US 2007/0046115 sa týka napájacieho kábla na dodávanie energie do motora čerpadla zostáv elektrických ponorných čerpadiel. Elektrické vedenie sa skladá z dvoch častí, vodiča motoru a napájacieho kábla. Vodič motora je nakonfigurovaný tak, že každý izolovaný vodič je umiestnený v samostatnej kovovej nepriepustnej trubici vytvorenej z neelektromagnetického materiálu, ako je Monel alebo nehrdzavejúca oceľ. Výhodne má každý vodič najmenej dve izolačné vrstvy, zktofych aspoň jedna odoláva vy sokýmteplotám Trubice sú obalené kovovýmpancieromUS 2007/0046115 relates to a power cable for supplying power to the pump motor of electric submersible pump assemblies. The electrical wiring consists of two parts, the motor conductor and the power cable. The motor conductor is configured such that each insulated conductor is housed in a separate metal impermeable tube formed of a non-electromagnetic material, such as Monel or stainless steel. Preferably, each conductor has at least two insulating layers, of which at least one can withstand high temperatures. The tubes are coated with a metal armor.

WO 2015/077207 sa týka kábla pre vrtné zariadenie. Ako príklad, plochý kábel ESP s výkonom asi 5 kV môže obsahovať medený vodič (vodiče), gumovú izoláciu EPDM odolnú voči oleju ateplu, bariérovú vrstvu (napr. olovo a/alebo íluórpolymér), vrstvu plášťa (napr. EPDM odolné voči oleju alebo nitrilkaučuk) a pancier (napr. galvanizovaná alebo nehrdzavejúca oceľ alebo zliatiny, ktoré obsahujú nikel a meď, napríklad zhatiny Monel).WO 2015/077207 relates to a cable for a drilling rig. As an example, an ESP flat cable of about 5 kV may include a copper conductor (s), oil and heat resistant EPDM rubber insulation, a barrier layer (e.g. lead and / or fluoropolymer), a sheath layer (e.g. oil resistant EPDM or nitrile rubber) ) and armor (eg galvanized or stainless steel or alloys containing nickel and copper, such as Monel fluids).

Na zabezpečenie optimálneho výkonu ESP, môžu byť nainštalované vrtné senzory, ktoré nepretržite získavajú merania systému v reálnom čase, ako prívodné a vypúšťacie tlaky a teploty čerpadla, vibrácie a miera úniku prúdu.To ensure optimum ESP performance, drilling sensors can be installed that continuously acquire real-time system measurements, such as supply and discharge pressures and pump temperatures, vibrations, and leakage rates.

Káble zapuzdrené trubicami (TEC) sa používajú na zabezpečenie prenosu energie a signálu do a zo vrtných senzorov a jednotky na získavanie údajov na povrchu. TEC je určený pre drsné prostredie vrtu a môže obsahovať vrstvu/y polymémeho zapuzdrenia na ochranu. K dispozícii sú rôzne TEC konfigurácie v závislosti na prostredí vrtu a použití.Tube-encapsulated (TEC) cables are used to provide energy and signal transmission to and from drilling sensors and surface data acquisition units. The TEC is designed for harsh well environments and may contain a layer (s) of polymeric encapsulation for protection. Different TEC configurations are available depending on the well environment and application.

Napríklad TEC vhodný na prevádzku v drsnom prostredí pri teplotách do 300 °C je uvedený v brožúre ,Kábel zapuzdrený trubicami“ (2013) od prihlasovateľa. Tento TEC obsahuje medený vodič postupne potiahnutý izolačnou vrstvou íluórovaného etylénpropylénu (hEH), polypropylénové plnivo, trubicu zo zliatinyFor example, a TEC suitable for operation in harsh environments at temperatures up to 300 ° C is given in the brochure, "Cable encapsulated cable" (2013) from the applicant. This TEC contains a copper conductor gradually coated with an insulating layer of fluorinated ethylene propylene (hEH), polypropylene filler, alloy tube

S K 50063-2019 Α3S K 50063-2019 Α3

825 a pcríluóralkoxylové zapuzdrenie. Tieto káble majú veľkosť vodičov od 18 AWGdo 8 AWG(čo zodpovedá ploche prierezu od 0,52 mm2 do 8,36 mm2) a typicky prenášajú jednosmerný prúd (DC) od 5 do 20 mA. Tieto káble môžu byť použité ako jednotlivé káble alebo usporiadané v konštrukcii plochého puzdra s inými komponentmi, vrátane optických vlákien, medených signálnych káblov, hydraulických ovládacích a chemických vstrekovacích vedení, ako aj možných mechanických komponentov na zvýšenie odolnosti proti rozdrveniu a na zabezpečenie dodatočnej pozdĺžnej pevnosti. V tomto prípade zapuzdrenie kolektívne obklopuje všetky komponenty plochého puzdra.825 and a perfluoroalkoxy encapsulation. These cables have a conductor size of 18 AWG to 8 AWG (corresponding to a cross-sectional area of 0.52 mm 2 to 8.36 mm 2 ) and typically carry a direct current (DC) of 5 to 20 mA. These cables can be used as individual cables or arranged in a flat sheath construction with other components, including optical fibers, copper signal cables, hydraulic control and chemical injection lines, as well as possible mechanical components to increase crush resistance and provide additional longitudinal strength. In this case, the encapsulation collectively surrounds all the components of the flat housing.

Podstata vynálezuThe essence of the invention

Existuje potreba napájacieho kábla na prevádzkovanie systému ESP, najmä na dodávanie energie do motora systému čerpadla, ktoiý má zvýšenú životnosť, napríklad dlhšie ako 5 rokov, v náročnomprostredívitu, najmä pri teplotách vyšších ako 200 °C.There is a need for a power cable for operating the ESP system, in particular for supplying power to the pump system motor, which has an increased service life, for example longer than 5 years, in a demanding environment, especially at temperatures above 200 ° C.

Prihlasovateľ si všimol, že dostupné káble ESP vo všeobecnosti poskytujú obmedzenú životnosť, rádovo niekoľko mesiacov alebo nanajvýš niekoľko rokov, po ktoiých je potrebné vybrať celý systémESPzvrtu na výmenu káblov. To výrazne zvyšuje náklady a prácu.The Applicant has noticed that the available ESP cables generally provide a limited service life, on the order of several months or at most several years, after which it is necessary to select the entire ESS twist system for cable replacement. This significantly increases costs and labor.

V súčasnosti dostupné káble ESP podliehajú skorému zlyhaniu čiastočne z dôvodu korozívneho chemického prostredia a teploty prostrediavitu.Currently available ESP cables are subject to early failure due in part to a corrosive chemical environment and ambient temperature.

V kábli ESP sa ochrana pred chemickou koróziou môže dosiahnuť poskytnutím oloveného plášťa alebo alternatívne vrstvy vyrobenej z chemicky odolných polymérov, ako fluórpolyméiy, okolo vodičov.In an ESP cable, protection against chemical corrosion can be achieved by providing a lead sheath or alternatively a layer made of chemically resistant polymers, such as fluoropolymers, around the conductors.

Ak je však používané olovo, kvôli jeho zlým mechanickým vlastnostiam je vyžadovaná dodatočná mechanická ochrana, všeobecne vo forme ďalšej skrutkovito vinutej kovovej vrstvy pásky, ktorá zvyšuje cenu a hmotnosť kábla.However, if lead is used, due to its poor mechanical properties, additional mechanical protection is required, generally in the form of an additional helically wound metal layer of tape, which increases the cost and weight of the cable.

Keď je poskytovaná ochrana chemicky odolnými polymérmi, prihlasovateľ zistil, že táto chemická odolnosť sa môže znížiť počas prevádzkovej životnosti kábla.When protection is provided by chemically resistant polymers, the Applicant has found that this chemical resistance may be reduced during the service life of the cable.

Okrem toho prihlasovateľ zistil, že keď je do kábla prenášaný prúd, najmä AC, s cieľom prevádzky motora systému čerpadla, je v kábli generované teplo v dôsledku Jouleovho eľektu, strát izolácie atď., ktoré spôsobujú stúpanie teploty. Tepelná odolnosť polymérov okolo vodičov bráni odvádzaniu tepla zvodičov. Ako dôsledok sa vnútorná teplota kábla môže počas prevádzky škodlivo zvyšovať. Navyše niektoré chemicky rezistentné polyméiy neposkytujú elektrické vlastnosti vhodné nato, aby umožnili dostatočnú životnosť pri aplikovanom napätí.In addition, the Applicant has found that when current, especially AC, is transmitted to the cable to operate the pump system motor, heat is generated in the cable due to the Joule effect, insulation losses, etc., which cause the temperature to rise. The heat resistance of the polymers around the conductors prevents the heat dissipation of the conductors. As a result, the internal temperature of the cable can rise harmfully during operation. In addition, some chemically resistant polymers do not provide electrical properties suitable to allow sufficient life at the applied voltage.

Prihlasovateľ zistil, že predĺžená životnosť trojľázového napájacieho kábla pre systém ESP, ktoiý dokonca pracuje pri vysokej teplote (nad 200 °C), môže byť získaná poskytnutím kábla, v ktorom každá izolácia ľázového vodiča obsahuje špecifickú polymérmi vrstvu a je usporiadaná v zváranej kovovej trubici a spoločnú vrstvu ľluórpolyméru na zapuzdrenie obklopujúcu tri fázy.Applicant has found that the extended life of a three-phase power cable for an ESP system that even operates at a high temperature (above 200 ° C) can be obtained by providing a cable in which each conductor insulation contains a specific polymer layer and is arranged in a welded metal tube and a common layer of fluoropolymer for encapsulation surrounding the three phases.

To umožňuje výber izolačných materiálov na základe tepelnej odolnosti a elektrických vlastností, zatiaľ čo ochrana pred chemikáliami, ako aj mechanická ochrana, je dosiahnutá zváranou kovovou trubicou obklopenou vrstvou ľluórpolyméru na zapuzdrenie.This allows the selection of insulating materials on the basis of heat resistance and electrical properties, while chemical protection as well as mechanical protection is achieved by a welded metal tube surrounded by a layer of fluoropolymer for encapsulation.

Preto predkladaný opis obsahuje trojľázový napájači kábel vrtného čerpadla obsahujúci tri elektrické vodiče, z ktorých každý je vybavený najmenej jednou extrudovanou polymémou izolačnou vrstvou vyrobenou z izolačného polyméru vybraného z etylénového kopolyméru alebo ľluórpolyméru; kovovú trubicu v radiálnej vonkajšej polohe vzhľadom na izolačnú vrstvu; a extrudovanú vrstvu na zapuzdrenie, v ktorej sú zabudované tri elektrické vodiče a je vyrobenáz ľluórpolyméru.Therefore, the present disclosure includes a three-phase drill pump power cable comprising three electrical conductors, each of which is provided with at least one extruded polymeric insulating layer made of an insulating polymer selected from an ethylene copolymer or a fluoropolymer; a metal tube in a radially outer position relative to the insulating layer; and an extruded encapsulation layer in which three electrical conductors are embedded and is made of a fluoropolymer.

V nasledujúcom texte bude každý elektrický vodič obklopený aspoň jednou izolačnou vrstvou označovaný ako „izolovaný vodič“.In the following text, each electrical conductor surrounded by at least one insulating layer will be referred to as an "insulated conductor".

V nasledujúcom texte bude každý izolovaný vodič obklopený kovovou trubicou označovaný ako „káblová žila“.In the following text, each insulated conductor surrounded by a metal tube will be referred to as a "cable core".

Napájacie káble predkladaného vynálezu sú zvlášť vhodné na napájanie systémov elektrických ponorných čerpadiel (ESP), konkrétnejšie motorov systémov ESP.The power cables of the present invention are particularly suitable for powering electric submersible pump (ESP) systems, more particularly motors of ESP systems.

Napájacie káble podľa tohto vynálezu sú zvlášť vhodné na prenos striedavého prúdu (AC).The power cables according to the invention are particularly suitable for alternating current (AC) transmission.

Napájacie káble podľa predkladaného vynálezu môžu mať kruhový alebo plochý prierez. V prípade kruhového prierezu sú tri káblové žily výhodne spolu uviazané. V prípade plochého prierezu sú tri káblové žily výhodne vo vzájomnom rovinnom usporiadaní (rovnobežne a uložené v spoločnej rovine).The power cables of the present invention may have a circular or flat cross-section. In the case of a circular cross-section, the three cable cores are preferably tied together. In the case of a flat cross-section, the three cable cores are preferably in a mutually planar arrangement (parallel and arranged in a common plane).

V napájacích kábloch podľa predkladaného vynálezu môže mať každý z elektrických vodičov veľkosť najmenej 6 AWG (13,3 mm2); výhodne môže mať každý z elektrických vodičov veľkosť až 2/0 AWG (67,4 mm2).In the power cables of the present invention, each of the electrical conductors may have a size of at least 6 AWG (13.3 mm 2 ); preferably, each of the electrical conductors can be up to 2/0 AWG (67.4 mm 2 ) in size.

Každý elektrický vodič môže byť vyrobený z medi alebo hliníka vo forme splietaných laniek alebo z pevnej tyče.Each electrical conductor can be made of copper or aluminum in the form of braided cables or a solid rod.

S K 50063-2019 Α3S K 50063-2019 Α3

Podľa jedného uskutočnenia je izolačným etylénovým kopolymérom kopolymér etylénpropylén-diénového monomém (EPDM). Takéto uskutočnenia môžu byť výhodné napríklad vtedy, keď je pre kábel vyžadované vyššie napätie.In one embodiment, the insulating ethylene copolymer is an ethylene-propylene-diene monomer (EPDM) copolymer. Such embodiments may be advantageous, for example, when a higher voltage is required for the cable.

Podľa ďalšieho uskutočnenia je izolačným fluórpolymérom perfluóiéter, ako je pcrľluóralkovyalkán (PFA). V ďalších uskutočneniach je izolačným fluórpolymérom fluórpolymér vysokej čistoty, ktoiý má nečistoty menšie ako 40 pm.In another embodiment, the insulating fluoropolymer is a perfluoroether, such as a fluoroalkyalkane (PFA). In other embodiments, the insulating fluoropolymer is a high purity fluoropolymer having impurities less than 40 microns.

V jednom uskutočnení kábel obsahuje dve izolačné vrstvy, ďalej označované ako vnútorné a vonkajšie extmdované izolačné vrstvy. Dvojvrstvový izolačný systém môže byť použitý, ak je známe alebo existuje podozrenie, že v izolačnom materiáli (materiáloch) sú obsiahnuté nečistoty; prítomnosť dvoch vrstiev minimalizuje distribúciu kontaminácie v konkrétnom priereze.In one embodiment, the cable comprises two insulating layers, hereinafter referred to as inner and outer extruded insulating layers. A two-layer insulation system may be used if it is known or suspected that impurities are present in the insulation material (s); the presence of two layers minimizes the distribution of contamination in a particular cross section.

Každá jednotlivá alebo vnútorná izolačná vrstva kábla môže byť extmdovaná okolo a v priamom kontakte s príslušným elektrickým vodičomEach individual or inner insulating layer of the cable can be extended around and in direct contact with the respective electrical conductor.

Vnútorné a vonkajšie extmdované izolačné vrstvy káblov podľa predkladaného vynálezu môžu byť vyrobené z rôznych izolačných polymérov alebo z rovnakého izolačného polyméru.The inner and outer extruded insulating layers of the cables of the present invention may be made of different insulating polymers or of the same insulating polymer.

V jednom uskutočnení je/sú izolačný polymér (polyméry) koextmdovaný. Koextrúzia izolačného polyméru (polymérov) môže zvýšiť adhéziu medzi vnútornou avonkajšou izolačnou vrstvou.In one embodiment, the insulating polymer (s) is / are coextruded. Coextrusion of the insulating polymer (s) can increase the adhesion between the inner and outer insulating layers.

V niektorých uskutočneniach je každá kovová tmbica kábla vyrobená zo zliatiny niklu, železa a chrómu, ako je austentická zliatina niklu, železa a chrómu stabilizovaná titánom, voliteľne obohatená molybdénom a meďou. Napríklad v niektorých uskutočneniach môže byť kovová tmbica vyrobená zo zliatiny Incoloy ®, výhodne Incoloy® 825.In some embodiments, each metal cable tie made of a nickel-iron-chromium alloy, such as a titanium-stabilized austentic nickel-iron-chromium alloy, is optionally enriched with molybdenum and copper. For example, in some embodiments, the metal seal may be made of an Incoloy® alloy, preferably Incoloy® 825.

V niektorých uskutočneniach je každá kovová tmbica kábla poskytnutá okolo izolovaného vodiča, výhodne v priamom kontakte s izolačnou vrstvou (v prípade jednovrstvovej izolácie) alebo s vonkajšou izolačnou vrstvou (v prípade dvojvrstvovej izolácie).In some embodiments, each metal cable gland is provided around the insulated conductor, preferably in direct contact with the insulating layer (in the case of single-layer insulation) or with the outer insulating layer (in the case of double-layer insulation).

V niektorých uskutočneniach má každá kovovátmbica kábla hrúbku steny od 0,5 do 2,5 mmIn some embodiments, each metal sheath of the cable has a wall thickness of from 0.5 to 2.5 mm

Kovové tmbice sú výhodne poskytnuté pre kábel podľa nas ledujúceho postupu. Kovový pás valcovaný za studená je vyformovaný do tmbicového usporiadania okolo izolovaného vodiča a je pozdĺžne zvarený švom napríklad s použitím zvárania plynovým volfrámovým oblúkom Tmbica je zvarená švom s vonkajším priemerom väčším ako je priemer izolovaného vodiča, aby bola chránená pred teplom generovaným zváracou operáciou, a potom je ťahaná za studená do konečnej velkosti v kontakte s izolačnou vrstvou izolovaného vodiča.The metal seals are preferably provided for the cable according to the following procedure. The cold-rolled metal strip is formed into a sealing arrangement around the insulated conductor and is longitudinally welded with a seam, for example using tungsten gas arc welding. The sealing is welded with a seam having an outer diameter larger than the insulated conductor to protect against heat generated by the welding operation, and it is cold drawn to the final size in contact with the insulating layer of insulated conductor.

V niektorých uskutočneniach môže byť extmdovaná vrstva na zapuzdrenie vyrobená z perfluórétem, ako je pcríluóralkoxyalkán (PFA).In some embodiments, the encapsulated encapsulation layer may be made of a perfluoroethane, such as perfluoroalkoxyalkane (PFA).

Kábel podľa predkladaného vynálezu je vhodný na prevádzku pri teplote do 230 °C alebo viac, a privádza striedavý prúd väčší ako 100 A, napríklad od 100 A do 300 A, pri napätí od 4 kV do 10 kV.The cable of the present invention is suitable for operation at temperatures up to 230 ° C or more, and supplies AC greater than 100 A, for example from 100 A to 300 A, at a voltage of from 4 kV to 10 kV.

Na účely predkladaného opisu a pripojených nárokov sa na opis prvkov a komponentov predkladaného vynálezu používajú jednotné výrazy. Je to tak iba kvôli prehľadnosti a na poskytnutie všeobecného významu predkladaného vynálezu. Tento opis a nároky by sa mali chápať tak, že zahŕňajú jeden alebo aspoň jeden a jednotné číslo tiež zahrnuje množné číslo, pokiaľ nie je zrejmé, že je to my slené inak.For purposes of the present description and the appended claims, the same terms are used to describe the elements and components of the present invention. This is for the sake of clarity and to provide a general sense of the present invention. This description and claims should be understood to include one or at least one, and the singular also includes the plural unless it is obvious that it is otherwise stated.

Na účely predkladaného opisu a pripojených nárokov, pokiaľ nie je uvedené inak, sa všetky čísla vyjadrujúce množstvá, kvantity, percentá a tak ďalej, majú chápať tak, že sú vo všetkých prípadoch upravené výrazom „asi“. Všetky rozsahy tiež zahŕňajú akúkoľvek kombináciu zverejnených maximálnych a minimálnych bodov a zahŕňajú v nich všetky medzistupne, ktoré tu môžu alebo nemusia byť konkrétne vymenované.For the purposes of the present description and the appended claims, unless otherwise indicated, all numbers expressing quantities, quantities, percentages, and so forth, are to be construed as being in all cases modified by the word "about." All ranges also include any combination of published maximum and minimum points, and include all intermediate levels that may or may not be specifically named herein.

Prehľad obrázkov na výkresochOverview of figures in the drawings

Ďalšie charakteristiky budú zrejmé z podrobného opisu uvedeného ďalej s odkazomna sprievodné obrázky, v ktorých:Other characteristics will be apparent from the detailed description given below with reference to the accompanying drawings, in which:

Obrázok 1 zobrazuje systémESP obsahujúcikábel podľa predkladaného vynálezu;Figure 1 shows an ESP system comprising a cable according to the present invention;

Obrázok 2 zobrazuje prierez uskutočneniakábla podľa predkladaného vynálezu;Figure 2 shows a cross section of an embodiment of a cable according to the present invention;

Obrázok 3 zobrazuje prierez iným uskutočnenímkábla podľa predkladaného vynálezu.Figure 3 shows a cross section of another embodiment of a cable according to the present invention.

Príklady uskutočnenia vynálezuExamples of embodiments of the invention

Obr. 1 zobrazuje príklad konštmkcie systému ESP, pričom je zobrazený vrt, ktorý má puzdro 11 s trubicou 13 a systémESP 10.Fig. 1 shows an example of the construction of an ESP system, showing a borehole having a housing 11 with a tube 13 and an ESP system 10.

Systém ESP 10 obsahuje elektrické ponorné čerpadlo (ESP) 15 (známe tiež ako čerpadlo vrtu, DWP) pripevnené k dolnému koncu tmbice 13. ESP 15 je operatívne spojený s motorom 17, voliteľne prostredníctvom chrániča 19, ktoiý zabraňuje vrtným tekutinám vstupovať do motora 17. Motor 17 je typicky trojľázový moThe ESP 10 system includes an electric submersible pump (ESP) 15 (also known as a well pump, DWP) attached to the lower end of the nozzle 13. The ESP 15 is operatively connected to the motor 17, optionally via a guard 19 which prevents drilling fluids from entering the motor 17. The motor 17 is typically a three-phase motor

S K 50063-2019 Α3 tor na striedavý prúd (A C) navrhnutý na prácu s napätím všeobecne v rozsahu od asi 3 do asi 5 kV, ale systémy ESP môžu pracovať pri vyšších napätiach, v závislosti od napríklad hĺbky a/alebo tepla vrtu, ako je vysvetlené ďalej.SK 50063-2019 Α3 AC motor designed to operate with voltages generally ranging from about 3 to about 5 kV, but ESP systems may operate at higher voltages, depending on, for example, well depth and / or heat, such as explained below.

Energia je dodávaná do motora 17 zo systému elektrického zdroja a regulácie (ESRS) 16 (na povrchu), pomocou napájacieho kábla 12. Na obmedzenie pohybu kábla vo vrte a podľa potreby na podporu jeho hmotnosti, kábel 12 môžu byť pripevnený k trubici 13 pomocou upevňovacích prvkov 14 vo forme pásov, svoriek alebo podobne. ESRS 16 by mal poskytovať napätie vyššie ako je napätie požadované motorom 17 na kompenzáciu poklesu napätia v napájačom kábli, čo môže byť významné v hlbokých inštaláciách (napr. hlbších ako 1,5 km), vyžadujúcich dlhé napájacie káble.Power is supplied to the motor 17 from the power supply and control system (ESRS) 16 (on the surface) by means of a power cable 12. To limit the movement of the cable in the well and, if necessary, to support its weight, the cable 12 may be attached to the tube 13 by means of fasteners. elements 14 in the form of strips, clamps or the like. The ESRS 16 should provide a voltage higher than the voltage required by the motor 17 to compensate for the voltage drop in the power cable, which may be significant in deep installations (e.g. deeper than 1.5 km) requiring long power cables.

Obrázok 2 zobrazuje napájači kábel 20 na AC prúd, majúci plochý kábel obsahujúci tri elektrické vodičeFigure 2 shows an AC power cable 20 having a ribbon cable containing three electrical conductors

21. Každý vodič 21 je vyrobený vo forme pevnej medenej tyče. Vodič 20 je 6 AWG, ktorý má nominálny vonkajší priemer 4,12 mm Tento kábel je určený na prenos 5 kV.21. Each conductor 21 is made in the form of a solid copper rod. Wire 20 is 6 AWG, which has a nominal outer diameter of 4.12 mm. This cable is designed for 5 kV transmission.

Každý elektrický vodič 21 je obklopený a je v priamom kontakte s vnútornou izolačnou vrstvou 22 vyrobenou z PFA vysokej čistoty. Vnútorná izolačná vrstva 22 má hrúbku steny 0,51 mm Vnútorná izolačná vrstva 22 je obklopená a je v priamom kontakte s vonkajšou izolačnou vrstvou 23 vyrobenou zPFA vysokej čistoty. Vonkajšia izolačná vrstva 23 má hrúbku steny 1,45 mm Vnútorné a vonkajšie izolačné vrstvy 22, 23 sú určené na teplotu do 250 °C.Each electrical conductor 21 is surrounded and is in direct contact with an inner insulating layer 22 made of high purity PFA. The inner insulating layer 22 has a wall thickness of 0.51 mm. The inner insulating layer 22 is surrounded and is in direct contact with the outer insulating layer 23 made of high purity PFA. The outer insulating layer 23 has a wall thickness of 1.45 mm. The inner and outer insulating layers 22, 23 are designed for temperatures up to 250 ° C.

Kovové trubice 24 sú usporiadané tak, aby obklopovali každú vonkajšiu izolačnú vrstvu 23. Každá kovová trubica 24 je vyrobená z Incoloy ® 825. Kovové trubice 24 majú hrúbku steny 0,71 mm a vonkajší priemer 9,53 mm Každá kovovátrubica24 môže byť na účely identifikácie ľarebná a/alebo potlačená.The metal tubes 24 are arranged to surround each outer insulating layer 23. Each metal tube 24 is made of Incoloy® 825. The metal tubes 24 have a wall thickness of 0.71 mm and an outer diameter of 9.53 mm. Each metal tube 24 may be for identification purposes. ornate and / or suppressed.

Každý elektrický vodič 21 s príslušnou vnútornou izolačnou vrstvou 22, vonkajšou izolačnou vrstvou 23 a kovovou trubicou 24 tvorí káblovú žilu 20a.Each electrical conductor 21 with a respective inner insulating layer 22, an outer insulating layer 23 and a metal tube 24 forms a cable core 20a.

Tri káblové žily 20a sú zapustené do vrstvy 25 na zapuzdrenie. Vrstva na zapuzdrenie je vyrobená z PFA. Napríklad vrstva 25 na zapuzdrenie má vonkajšie rozmery 40 mm x 15 mmThe three cable cores 20a are embedded in the encapsulation layer 25. The encapsulation layer is made of PFA. For example, the encapsulation layer 25 has external dimensions of 40 mm x 15 mm

Obrázok 3 zobrazuje napájači kábel 30 na AC prúd, ktorý má plochý kábel obsahujúci tri elektrické vodiče 31. Každý elektrický vodič 30 je vyrobený vo forme pevnej holej medenej tyče. Vodič 30 je 6 AWG, majúci nominálny vonkajší priemer 4,12 mm Môže byť vhodný na prenášanie 5 kV.Figure 3 shows an AC power cable 30 having a flat cable comprising three electrical conductors 31. Each electrical conductor 30 is made in the form of a solid bare copper rod. Conductor 30 is 6 AWG, having a nominal outer diameter of 4.12 mm. It may be suitable for transmitting 5 kV.

Každý elektrický vodič 31 je obklopený a je v priamom kontakte s jednou vnútornou izolačnou vrstvou 32 vyrobenou z EPDM. Napríklad vnútorná izolačná vrstva 22 má hrúbku steny 1,96 mmEach electrical conductor 31 is surrounded and is in direct contact with one inner insulating layer 32 made of EPDM. For example, the inner insulating layer 22 has a wall thickness of 1.96 mm

Izolačná vrstva 32 je určená na teplotu do 232 °C.The insulating layer 32 is designed for temperatures up to 232 ° C.

K jednej izolačnej vrstve 32 sú poskytnuté kovové trubice 34. Každá kovová trubica 34 je vyrobená z Incoloy® 825. Napríklad kovová trubica 34 má hrúbku steny 0,71 mm Každá kovová trubica 34 môže byť na účely identifikácie farebná a/alebo potlačená.Metal tubes 34 are provided to one insulating layer 32. Each metal tube 34 is made of Incoloy® 825. For example, a metal tube 34 has a wall thickness of 0.71 mm. Each metal tube 34 may be colored and / or embossed for identification purposes.

Každý elektrický vodič 31 s príslušnou izolačnou vrstvou 32 a kovovou trubicou 34 tvorí káblovú žilu 30a.Each electrical conductor 31 with a respective insulating layer 32 and a metal tube 34 forms a cable core 30a.

Tri káblové žily 30a sú zapustené do vrstvy 35 na zapuzdrenie. Vrstva na zapuzdrenie je vyrobená z PFA. Napríklad vrstva 35 na zapuzdrenie má vonkajšie rozmery 40 mm x 15 mmThe three cable cores 30a are embedded in the encapsulation layer 35. The encapsulation layer is made of PFA. For example, the encapsulation layer 35 has external dimensions of 40 mm x 15 mm

Skúška elektrickej pomchyElectrical aids test

Na dvoch napájacích AC kábloch 20 na obrázku 2 bola vykonaná skúška elektrickej pomchy za nasledujúcich podmienok:An electrical test was performed on the two AC power cables 20 in Figure 2 under the following conditions:

- Počiatočné skúšobné napätie: 7,8 kV AC- Initial test voltage: 7.8 kV AC

- Krokové napätie: 3,2 kV AC- Step voltage: 3.2 kV AC

- Skúšobný čas: 5 minút pri každom skúšobnomnapätí- Test time: 5 minutes at each test voltage

- Dokončiť: Rozpis vzorky- Finish: Sample breakdown

- Dĺžka vzorky: 4,572 m- Sample length: 4,572 m

Oba káble nezaznamenali žiadne poruchy až do 33,4 kV AC a jeden z nich mal pomchy nad 39,9 kV AC.Both cables did not detect any faults up to 33.4 kV AC and one of them had faults above 39.9 kV AC.

Test starnutiaAging test

Dva napájacie AC káble 20 podľa obrázka 2, dlhé 12 m, boh testované pri elektrickom a tepelnom namáhaní. Káble boli podrobené 5 kV medzi vodičom a kovovou trubicou počas 120 dní pri teplote 200 °C.Two AC power cables 20 according to Figure 2, 12 m long, were tested under electrical and thermal stress. The cables were subjected to 5 kV between the conductor and the metal tube for 120 days at 200 ° C.

Testom úspešne prešli oba káble bez pomchy. Vizuálna kontrola nepreukázala žiadny problém alebo známky elektrického namáhania izolácie, dokonca aj ľarba samotnej izolácie bola dobrá.Both cables passed the test without a hitch. Visual inspection showed no problem or signs of electrical stress on the insulation, even the color of the insulation itself was good.

Mechanické skúškyMechanical tests

Tri napájacie káble AC prúdu 20 na obrázku 2 boh testované podľa ASTM B704 a ASTM B751 pri vy ťahovacejsile asi 44 kg. Výsledky sú uvedené v tabuľke 1.The three AC power cables 20 in Figure 2 were tested according to ASTM B704 and ASTM B751 at a pulling force of about 44 kg. The results are shown in Table 1.

S K 50063-2019 Α3S K 50063-2019 Α3

Tabuľka 1Table 1

Vzorka sample Medza klzu, ksi (MPa) Yield strength, ksi (MPa) Medza pevnostiv ťahu (%) Tensile strength (%) 1 1 128,2 (883,9) 128.2 (883.9) 155,9 155.9 2 2 135,2 (932,2) 135.2 (932.2) 161,1 161.1 3 3 136,7 (942,5) 136.7 (942.5) 162,1 162.1

Vypočítaný vonkajší tlak na zrútenie (podľa Američan Petroleum Inštitúte, API 5C3) založený na rozme5 roch najhoršieho prípadu a minimálnej medze klzu je 10 324 psi.The calculated external collapse pressure (according to the American Petroleum Institute, API 5C3) based on the worst case dimensions and the minimum yield strength is 10,324 psi.

Výpočítaný vonkajší tlak na zrútenie (podľa API 5C3) na základe nominálnych rozmerov a typickej medze klzu (120 ksi; 827,4 MPa) je 15,258 ksi (105,2 MPa).The calculated external collapse pressure (according to API 5C3) based on nominal dimensions and typical yield strength (120 ksi; 827.4 MPa) is 15.258 ksi (105.2 MPa).

Pri najkonzervatívnejšom hodnotení testované káble podľa predkladaného vynálezu prekračujú hodnoty tlaku 50 N/mm2 o faktor 1,4. Typicky môže byť tlak prekročený o faktor 2,10.In the most conservative evaluation, the tested cables according to the present invention exceed the pressure values of 50 N / mm 2 by a factor of 1.4. Typically, the pressure can be exceeded by a factor of 2.10.

Claims (13)

PATENTOVÉ NÁROKYPATENT CLAIMS 1. Trojfázový napájači kábel (20, 30) vrtného čerpadla, obsahujúci tri elektrické vodiče (21, 31), z kto- rých každý je vybavený najmenej jednou extrudovanou polymémou izolačnou vrstvou (22, 32), vyrobenou z izolačného polyméru vybraného z ety tónového kopolyméru alebo fluórpolyméru; kovovú trubicu (24, 34) v radiálnej vonkajšej polohe vzhľadom na izolačnú vrstvu (22, 32) a extrudovanú vrstvu (25, 35) na zapuzdrenie, v ktorej sú umiestnené tri elektrické vodiče (21, 31) a je vyrobená z fluórpolyméru.A three-phase drill pump power cable (20, 30) comprising three electrical conductors (21, 31), each of which is provided with at least one extruded polymeric insulating layer (22, 32) made of an insulating polymer selected from ethyl acetate. a copolymer or fluoropolymer; a metal tube (24, 34) in a radially outer position relative to the insulating layer (22, 32) and an extruded encapsulation layer (25, 35) in which the three electrical conductors (21, 31) are located and is made of a fluoropolymer. 2. Napájači kábel (20, 30) podľa nároku 1, majúci okrúhly alebo plochý prierez.The power cable (20, 30) according to claim 1, having a round or flat cross section. 3. Napájači kábel (20, 30) podľa nároku 1, pričom veľkosť vodiča je najmenej 6 AWG.The power cable (20, 30) of claim 1, wherein the conductor size is at least 6 AWG. 4. Napájači kábel (20, 30) podľa nároku 1, pričom veľkosť vodiča je do 2/0 AWG.The power cable (20, 30) according to claim 1, wherein the size of the conductor is up to 2/0 AWG. 5. Napájači kábel (20, 30) podľa nároku 1, pričom izolačným polymérom je monomér etylén-propytóndiénu.The power cable (20, 30) of claim 1, wherein the insulating polymer is ethylene-propytonediene monomer. 6. Napájači kábel (20, 30) podľa nároku 1, pričom izolačným fluórpolymérom je perfluóréter, výhodne pcríluóralkoxyalkán.The power cable (20, 30) according to claim 1, wherein the insulating fluoropolymer is a perfluoroether, preferably a fluoroalkoxyalkane. 7. Napájači kábel (20, 30) podľa nároku 1, pričom izolačný fluórpolymér má vysokú čistotu a nečistoty s veľkosťou menšou ako 40 pmThe power cable (20, 30) according to claim 1, wherein the insulating fluoropolymer has a high purity and impurities with a size of less than 40 μm. 8. Napájači kábel (20, 30) podľa nároku 1, obsahujúci vnútornú extrudovanú izolačnú vrstvu (22) a vonkajšiu extrudovanú izolačnú vrstvu (23).The power cable (20, 30) according to claim 1, comprising an inner extruded insulating layer (22) and an outer extruded insulating layer (23). 9. Napájači kábel (20, 30) podľa nároku 8, pričom vnútorná extrudovaná izolačná vrstva (22) a vonkajšia extrudovaná izolačná vrstva (23) sú vyrobené z toho istého izolačného polyméru.The power cable (20, 30) according to claim 8, wherein the inner extruded insulating layer (22) and the outer extruded insulating layer (23) are made of the same insulating polymer. 10. Napájači kábel (20, 30) podľa nároku 1, pričom kovová trubica (24, 34) je vyrobená zo zliatiny niklu, železa a chrómu.The power cable (20, 30) according to claim 1, wherein the metal tube (24, 34) is made of an alloy of nickel, iron and chromium. 11. Napájači kábel (20, 30) podľa nároku 10, pričom kovová trubica (24, 34) je vyrobená z austenitickej zliatiny niklu, železa a chrómu stabilizovanej titánom, voliteľne obohatenej molybdénom a meďou.The power cable (20, 30) according to claim 10, wherein the metal tube (24, 34) is made of a titanium-stabilized austenitic alloy of nickel, iron and chromium, optionally enriched with molybdenum and copper. 12. Napájači kábel (20, 30) podľa nároku 1, pričom kovová trubica (24, 34) je zvarená švomThe power cable (20, 30) according to claim 1, wherein the metal tube (24, 34) is welded by a seam. 13. Napájači kábel (20, 30) podľa nároku 1, pričom extrudovaná vrstva (25, 35) na zapuzdrenie je vyrobená z perfluóiéteru, výhodne z perfluóralkoxyalkánu.The power cable (20, 30) according to claim 1, wherein the extruded layer (25, 35) for encapsulation is made of perfluoroether, preferably perfluoroalkoxyalkane.
SK50063-2019A 2017-06-09 2017-06-09 Power cables for electric submersible pump SK500632019A3 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SK50063-2019A SK500632019A3 (en) 2017-06-09 2017-06-09 Power cables for electric submersible pump

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SK50063-2019A SK500632019A3 (en) 2017-06-09 2017-06-09 Power cables for electric submersible pump

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SK500632019A3 true SK500632019A3 (en) 2020-04-02

Family

ID=69957715

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SK50063-2019A SK500632019A3 (en) 2017-06-09 2017-06-09 Power cables for electric submersible pump

Country Status (1)

Country Link
SK (1) SK500632019A3 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7381900B2 (en) Power cable for direct electric heating system
US8113273B2 (en) Power cable for high temperature environments
US4665281A (en) Flexible tubing cable system
EP3319091B1 (en) Deh piggyback cable
US20140076597A1 (en) Subterranean Cable
EP3596257B1 (en) Provision of electrical continuity and/or radial support
US20110278062A1 (en) Electrical cable with outer jacket bonded from conductor to outer jacket
NO20131361A1 (en) Submersible electric pump cables for inhospitable environments
CA2951957A1 (en) An offshore pipe system and a method of heating unbonded flexible pipes in an offshore pipe system
NO20191434A1 (en) Power cables for electric submersible pump
US9734936B2 (en) Cable for down hole pump
US20090067776A1 (en) Optical fibers
US20210313092A1 (en) Power cables for electric submersible pump and systems and methods thereof
EP3926645A1 (en) An umbilical for combined transport of power and fluid
US9747355B2 (en) Method of making a high-temperature cable having a fiber-reinforced rein layer
SK500632019A3 (en) Power cables for electric submersible pump
OA19388A (en) Power cables for electric submersible pump
EP3057107A1 (en) Coiled tubing power cable for deep wells
RU210362U1 (en) heating cable
AU2011239337B2 (en) Direct Electrical Heating Flow System