§ 60. Электрические и механические свойства геофизических кабелей

Качество передачи информации по кабелям зависит от его параметров. Электрические параметры характеризуют свойства кабеля как элект­рической линии связи. Различают первичные и вторичные параметры геофизических кабелей.

К первичным параметрам относятся: активное сопротивление токо­проводящих жил, Ом/км; индуктивность, 1н/км; емкость, Ф/км, и элект­ропроводность изоляции, См/км.

Электрическое сопротивление жилы и брони зависит от их длины, диаметра, материала проволок, температуры, конструктивных особен­ностей (характера скрутки). Повышение температуры способствует уве­личению сопротивления токопроводящих жил. При температуре 150— 200° С сопротивление кабеля, увеличивается на 40—60% по сравнению с его значением, измеренным на поверхности. Увеличение частоты тока, проходящего по кабелю, также приводит к росту сопротивления токо­проводящих жил. Сопротивление жилы кабеля определяет тепловые потери в кабеле при прохождении электрического тока, поэтому необ­ходимо, чтобы оно было как можно меньше.

Индуктивность зависит от материала жил, брони и конструкции кабеля. С ростом частоты тока индуктивность резко уменьшается и на частоте свыше 1 МГц остается неизменной.

Емкость кабеля зависит от диэлектрических свойств изолирующих материалов, толщины слоя изоляции. Общая емкость многожильного кабеля складывается из емкостей между каждой из жил кабеля и его броней (оплеткой) и емкостей между каждой парой жил. Емкость кабеля мало изменяется от частоты передаваемого тока. Заметное изменение емкости наблюдается лишь при длительном пребывании кабеля в сква­жине и связано, главным образом, с изменением диэлектрических свойств материала изоляции кабеля.

Сопротивление изоляции жил кабеля определяет потери энергии в изоляции токопроводящих жил кабеля. Все электроизоляционные ма­териалы характеризуются определенными значениями сопротивления изоляции; измеренное при температуре 20° С, оно обычно превышает 100 МОм у кабелей с резиновой изоляцией и 10 000 МОм—с фтороп­ластовой. В скважине под действием температуры и давления, а также из-за того, что резина способна поглощать влагу (большинство веществ, входящих в состав резиновой смеси, кроме каучука, могут поглощать влагу), сопротивление изоляции значительно уменьшается. У кабеля с резиновой изоляцией при температуре 130° С сопротивление изоляции снижается до нескольких МОм, у кабелей с фторопластовой изоляцией при 150° С—до нескольких десятков МОм. Допустимой величиной со­противления при проведении геофизических исследований считается зна­чение 2 МОм, а при ПВР—0,5 МОм. Поэтому для проведения работ в скважинах с высокой температурой на забое изготавливают кабели с изоляцией из термостойкого материала.

Вторичные параметры характеризуют способность кабеля к передаче сигнала без потерь. К ним относятся волновое сопротивление и часто­тное затухание. Вторичные параметры зависят от первичных параметров и частоты передаваемого тока.

Геофизические кабели должны обладать значительной механической прочностью, так как во время работы в скважине они испытывают большие механические нагрузки. Кабель при движении в скважине до- 156

ЛЖСН ВЫДСрЖШМ 1WDUH VWV^л душили ww) *»»-• —— — _{t 4}

(аппарата), вес груза. Дополнительные нагрузки возникают из-за трения кабеля о стенки скважины и сопротивления отрыву его поверхности от прилипающего к ней бурового раствора. Значительные растягивающие усилия, достигающие нескольких тонн, кабель должен выдерживать во время ликвидации прихватов скважинных приборов.

Переход кабеля через блок-баланс сопровождается изгибом; при этом в проволоках брони возникают значительные напряжения изгиба, которые могут стать причиной обрыва проволок. Для уменьшения напряжения не следует поднимать кабель с высокой скоростью, особен­но с больших глубин.

При внезапных остановках кабеля, движущегося в скважине с боль­шой скоростью, а также в момент выстрела перфоратора на кабель действуют ударные нагрузки, которые могут сопровождаться разрывом кабеля, отдельных проволок брони или ее деформацией.

Кабель быстрее выходит из строя, если его наматывают на барабан лебедки внахлестку, без укладки витка к витку. В глубоких скважинах натяжение кабеля велико и ударные нагрузки, которыми сопровождается соскакивание витков кабеля с верхнего на нижний, приводят к дефор­мации брони.

Особенно опасны удары кабеля, соскочившего с ролика блок-балан­са, о кромку ротора бурового станка, край обсадной колонны.

Во время работы кабель скользит по стенкам скважины, соприкаса­ясь в необсаженных скважинах с горными породами, содержащими абразивные частицы. Вследствие этого поверхность кабеля истирается, он теряет прочность и приходит в негодность. Для увеличения сроков службы внешняя поверхность кабелей должна обладать повышенной износоустойчивостью.

Каротажные кабели работают в агрессивных средах, при высоких температурах, а зимой на поверхности—при низких. Наружные защит­ные покровы—оплетка, резина, броня—разрушаются, гниют, коррози­руют, стареют и теряют прочность. Для предохранения наружные обо­лочки оплеточных кабелей пропитывают антисептиками, смолами и ко­мпаундами, резиновые шланги изготавливают из резины специальных сортов, в качестве изоляции применяют специальные теплостойкие ма­териалы, проволоку брони покрывают цинком.

Коррозия проволок бронированного кабеля возникает и развивается наиболее интенсивно в местах нарушения цинкового покрытия. Сначала поражаются проволоки внешнего повива, так как их цинковое покрытие разрушается при трении кабеля о стенки скважины. Во время нахожде­ния кабеля в скважине проволоки в местах, лишенных оцинковки, подве­ржены воздействию химических реагентов, содержащихся в глинистом растворе, когда кабель находится на барабане лебедки—воздействию кислорода воздуха.

Значительная потеря прочности наступает после пребывания кабеля в среде с сероводородом. Пораженные действием сероводорода прово­локи брони приобретают темный цвет, становятся хрупкими и при

_§^>0000^ _ _ _ __

O

■§

Ss

sO

§S

> о о о о о о < - “> о о о о о с

OOOOOQOOOOOOOOOOOC OOQOOOOOOOOOOOOOOO<

ч->оооооооо'лоооооо»л«оо<

счсчсчсчпсч — — счо¹

<

I

Л гЛ <0 OfO С^О t^vo so «Л «О О О ^^^P*V^r*wn'oOfNoCoCu-Tu^'^vr^^inwT <N<N<4<NfM<S<N^fSCS — — «"ХЛтгЧС'КЧСЧ*- — <N<4

St- — V-XNCSCJW-iO — < чо »o r ^ ~ •00O^OO(SOf> —«о >оооо'0р5'л'п^'01л^

V

!i

§s

O vo^t^o <^<^00 00 00 Г^чо Tf ^CN <N <N <N О O.PO ГЛ

4П v% V^404©40 04 0400 00 00OS00000 OO OO^^cici

^00 OO 00 ~ fO fO CO CO fO 00 — ~ fO fO СО ГО cn rn rn ^

If

c.

§!

I*

5Г •

00*00 00 dot^r^r^o <n dCoC'oo о о eCeC4f Tf

— ~ — *cs — — -*~гцгч — — «NtscscscNcsrscs

OOOOOOOOOOOOOO——" mm mm — 00 00 00*» — ^ v-> — —

0000000 —— — — —ООО.-*——

cs rsf <s ro ri ^'S'sf*^^S?5SJ

Таблица 14

«9 «

II

ss

OTOT

ooooo

— ОЧ —ОЧ §

ООО lO . . ГООО ооосотоооооооооо<л

On — — <N04—«0n0\04 — •—'CN lltlllllltll OOOOOOOw^W^vntDO cscsc4c^«nr<\u-4»rv»n«omr-

t I I t I « I I I I I I

ULULUULULLLL

m m m m LULL

I 00 I —

§0000<л0 I 00 о — <N 00 О 77^667^

0Q077'0V> VO Ф 4^ — — f*

L* L* L* U* U* L* L*

a^invwi ра^р^шохи i ivducjibj лиоывавшии в среде с Оолыпим содсрж&~

нием сероводорода, служит гораздо меньше, чем кабель, не соприкасав­шийся с ней.

Для увеличения износостойкости броню кабеля изготавливают из сплавов, обладающих повышенной стойкостью к истиранию. Для защи­ты от поражения коррозией проволоки имеют различные защитные покрытия. Большое значение для повышения долговечности кабелей, уменьшения их износа, разрушения, истирания имеет стабилизация бро­ни кабелей. Она представляет собой вытяжку кабелей на специальных обтяжных машинах при нагревании кабеля токами высокой частоты. После вытяжки проволоки брони теснее контактируют между собой, не выступают из повива, равномерно растягиваются по всей длине. Вытяж­ка кабелей производится и на начальном этапе эксплуатации кабелей.

Технические характеристики гефизических кабелей приведены в табл. 14.