4.1.4.5. Кабельные линии установок эцн

Кабельные линии предназначены для подачи электроэнергии с поверхности земли (от комплектных устройств и станций управления) к погружному электродвигателю.

К кабельным линиям предъявляются достаточно жесткие требования - малые электрические потери, малые диаметральные габариты, хорошие диэлектрические свойства изоляции, термостойкость к низким и высоким температурам, хорошая сопротивляемость воз- Действию пластовой жидкости и газа и т.д.

Кабельная линия состоит из основного питающего кабеля (кругового или плоского) и соединенного с ним плоского кабеля- удлинителя с муфтой кабельного ввода.

Соединение основного кабеля с кабелем-удлинителем обеспечивается неразъемной соединительной муфтой (сросткой). С помощью сростки могут быть соединены также участки основного кабеля для получения требуемой длины.

Кабельная линия на основной длине чаще всего имеет сечение круглое или близкое к треугольному.

Для уменьшения диаметра погружного агрегата (кабель+центробежный насос) нижняя часть кабеля имеет плоское сечение (см. рис. 4.3).

Кабель выпускается с полимерной изоляцией, которая накладывается на жилы кабеля в два слоя. Три изолированные жилы кабеля соединяются вместе, накрываются предохраняющей подложкой под броню и металлической броней. Металлическая лента брони предохраняет изоляцию жил от механических повреждений при хранении и работе, в первую очередь - при спуске и подъеме оборудования.

У погружного двигателя кабельная линия заканчивается штепсельной муфтой, которая обеспечивает герметичное соединение с обмоткой статора двигателя.

Верхний конец кабельной линии проходит через специальное устройство в оборудовании устья скважины, которым обеспечивается герметичность затрубного пространства, и соединяется через клеммную коробку с электрической линией станции управления или комплектного устройства. Клеммная коробка предназначена для предупреждения попадания нефтяного газа из полости кабельной линии в трансформаторные подстанции, комплектные устройства и шкафы станций управления.

Кабельная линия в состоянии транспортирования и хранения располагается на специальном барабане, используемом также при спусках и подъемах установок на скважинах, профилактических и ремонтных работах с кабельной линией.

Кабельные линии для УЭЦН изготовляются в России по техническим условиям «Кабельные линии для установок погружных насосов» и «Кабельные линии и удлинители к кабельным линиям для установок погружных электронасосов».

Основные технические характеристики кабельных линий указаны в таблице 4.16.

Технические условия на кабельные линии типа К43 предусматривают 120 типоразмеров кабельных линий длиной от 515 до 2450 м и сечением основных кабелей от 10 до 50 мм2.

Таблица 4.16 Технические характеристики на кабельные линии типа К43

Технические характеристики	Тип кабельной линии (технические условия)
	К43 (ТУ 26-16-215-87)	Модификации КК и КП (ТУ 3542-031- 21945400-97)
Рабочее напряжение, кВ	2,5	2,5
Максимально допустимая температура скважинной среды, °С	90	90 (70)
Минимально допустимая темпера­тура при динамических изгибах и перемотках, °С	-40	-40
Максимально допустимый газовый фактор в среде, м/кг	0,25	0,5
Максимально допустимое содержание сероводорода в скважинной	0,01	0,01
Максимально допустимое гидростатическое давление, МПа	25	25

Примечание. В скобках указана максимально допустимая температура скважинной среды для кабельных линий с кабелем-удлинителем марки КПБП.

В качестве основных кабелей К43 могут использоваться кабели с полиэтиленовой изоляцией, с полипропиленовой или комбинированной (например - резино-металлической) изоляцией.

Для скважин с температурой среды более 95°С в качестве основных должны использоваться теплостойкие кабели марок КПБПТ КПОБПТ и КППБПТ с изоляцией из сшитого полиэтилена, предназначенные для работы при температурах окружающей среды до 110 и 120°С, а также кабели марок КПБТ, КЭПБТ, КПБПТ и КЭПБПТ, предназначенные для работы при температуре окружающей среды до 110°С.

В качестве кабеля-удлинителя кабельных линий К43 предусмотрен кабель марки КФСБ с изоляцией из полиимидно- фторопластовой пленки и фторсополимера, предназначенный для работы при температуре до 160°С.

Изготавливаются кабельные линии с поперечными сечениями основных кабелей (одной жилы) от 10 до 50 мм2.

Пример условного обозначения при заказе, в технической документации кабельной линии из плоского кабеля сечением жил 16 мм2 длиной 1600 м с удлинителем из кабеля КППБПТ длиной 25 м сечением жил 10 мм2:

КП-16-1600-У2-25/10 ТУ3542-031 -21945400-97.

Конструкции кабелей КГТБК (круглого), КПБП и КПОБП (плоских) показаны на рис. 4.45 а, в, з,

где 1 - медная однопроволочная жила;

2 - первый слой изоляции из полиэтилена высокой плотности;

3 - второй слой изоляции из полиэтилена высокой плотности;

4 - подушка из прорезиненной ткани или равноценных заме-няющих материалов.

5 - броня из стальной оцинкованной ленты S - образного профи¬ля (для кабеля КПБК) или ступенчатого профиля (для кабелей КПБП и КПОБП).

В кабеле КПОБП роль подушки выполняет общая оболочка из композиции полиэтиленов высокой и низкой плотностей.

Основными производителями кабелей для УЭЦН являются: АО «Кавказкабель», АО «Камкабель», АО «Подольск-кабель», ЗАО «Сибкабель», АО «Роскат», «Борец».

Конструктивные исполнения кабелей КППБК и КППБП анало¬гичны конструктивным исполнениям кабелей КПБК и КПБП.

Медные однопроволочные жилы кабелей КППБК и КППБП по¬крыты оловянно-свинцовым припоем или полиэтилентерефталатной

пленкой.

Первый слой изоляции жил выполнен из полипропилена, вто¬рой - из полипропилена или полиэтилена высокой плотности. 

Характерные расчетные зависимости длительно допустимых токовых нагрузок кабелей от температуры скважинной среды (смеси жидкости и газа) представлены на рис. 4.46.

Конструкция кабеля КПОБПТ показана на рис. 4.45 з,

где 1 - медная однопроволочная жила;

2 - первый слой изоляции из сшитого полиэтилена высокой плотности;

3 - второй слой изоляции из сшитого полиэтилена высокой плотности;

4 - оболочка из полиэтилена высокой плотности;

5 - броня из стальной оцинкованной ленты ступенчатого профиля.

Конструктивные исполнения кабелей КПБПТ и КППБПТ аналогичны конструктивному исполнению кабеля КПБП.

Первый слой изоляции жил кабелей КПБПТ и КППБПТ выполнен из сшитого полиэтилена высокой плотности. Второй слой изоляции выполнен из сшитого полиэтилена высокой плотности (у кабеля КПБПТ) и сополимера полипропилена (у кабеля КППБПТ). 

Необходимо отметить, что в последнее время некоторые российские фирмы (Фирма «Синергия-Лидер», ООО «Нефтекамский завод нефтепромыслового оборудования» и др.) приступили к выпуску новых видов кабельной продукции. В этих кабельных линиях не три, а четыре жилы (рис. 4.47). причем четвертая жила может нести токоведушис провода (например - для передачи информации от скважинных первичных приборов), оптоволоконный кабель (для тех же целей) или быть полой. В последнем случае канал служит для подачи на прием насоса необходимых химических реагентов (ингибиторов коррозии, антиэмульгатор и т.д.).

Конструкция кабель-удлинителя показана на рис. 4.45 ж.

где 1 - медная однопроволочная жила:

2 - первый слой изоляции из полиимидно-фторопластовой пленки;

3 - второй слой изоляции из фторсо- полимера;

4 - оболочка из свинца;

5 - подушка из прорезиненной ткани;

6 - броня из стальной оцинкованной ленты ступенчатого профиля.

Муфта кабельного вввода (рис. 4.48) устанавливается на конце кабеля- удлинителя, присоединяемом к погружному электродвигателю.

Муфта кабельного вода имеет металлический корпус 2, припаянный к броне кабеля-удлинителя 7, изолированные жилы которого герметически заделаны в корпусе с помощью резинового уплотнителя 4, зажатого между шайбами 3 и 5 гайкой 6. На концах токопроводяших жил кабеля закреплены е помощью резьбовых соединений штепсельные наконечники 7, при этом поверхности резьб токопроводящих жил покрыты припоем для обеспечения надежности электрического контакта. Резьбовые соединения позволяют восстанавливать присоединительные размеры муфт при усадках изоляции жил кабеля и осевых смещениях самих жил без переделки муфты. При потере герметичности муфта может быть восстановлена поджатием уплотнителя 4 через шайбу 5 гайкой 6. 

В состоянии хранения и транспортирования муфта кабельного ввода герметически закрывается транспортировочной крышкой (на рисунке не показана).

Сращивание (соединение) токопроводящих жил различных типоразмеров кабелей может осуществляться пайкой оловянно-свинцовым припоем с использованием медных гильз, опрессовкой с использованием медных гильз, а также пайкой с применением медно- фосфорных припоев.

Места соединений токопроводящих жил заполняются самослипающейся лентой типа ЛЭТСАР, накладываемой до диаметра, равного диаметру изолированных жил кабелей. Поверх заполнений накладываются еще два слоя ленты, перекрывающие заполнения на 20 мм в каждую сторону.

Изолирование мест соединений жил осуществляется липкой нефтестойкой фторопластовой пленкой, накладываемой поверх ленты ЛЭТСАР в 4 слоя с перекрытием каждого предыдущего слоя изоляции на 10 мм в каждую сторону.

Поверх уложенных вместе срощенных изолированных жил кабелей накладывается подушка из двух слоев стеклоленты и броня из стальной оцинкованной ленты S-образного профиля. Концы броне- ленты припаиваются к броне сращиваемых кабелей.

Целостность токопроводящих жил и их соединений между кабелями и со штепсельными наконечниками в муфте кабельного ввода проверяется с помощью мегаомметра.

Кабельная линия должна выдерживать испытательное напряжение 6 кВ переменного тока частотой 50 Гц или 10 кВ постоянного тока в течение 5 мин после выдержки в воде не менее одного часа. При испытаниях электрической прочности изоляции постоянным током токи утечки кабельной линии должны быть не более1*10 ^-5 А/км.

Электрическое сопротивление изоляции кабельной линии должно быть не менее 1200 МОм • км.

Все электрические испытания кабельных линий за исключением проверки целостности жил проводятся при температуре окружающей среды 20 ± 10 °С. 

Муфта кабельного ввода должна выдерживать со стороны штепсельных наконечников давление трансформаторного масла 1 МПа в течение 20 мин или давление воздуха 0,3 МПа в течение 5 мин.

Кабельные линии для установок электроприводных центробежных насосов наматываются на металлические сварные или сборно- разборные барабаны, при этом последние используются в качестве возвратной тары.

Основные размеры барабанов для кабельных линий К43 даны в таблице 4.17.

Таблица 4.17- Барабаны для намотки кабеля

Диаметр щеки барабана, мм	Диаметр шейки барабана, мм	Длина шейки барабана, мм
1700	760(900)	1000
1925	760(900)	1000
2250	760 (900)	1000

Для кабельных линий с кабелями сечениями до 35 мм2 применяются барабаны с диаметром шейки 760 мм, для кабельных линий сечением 50 мм2 должны использоваться барабаны с диаметром шейки 900 мм.

Фирма REDA предлагает широкую номенклатуру кабельных линий и кабелей для установок погружных электронасосов.

Конструкции и материалы кабелей фирмы REDA обеспечивают высокие эксплуатационные качества кабельных линий при работе в сильно загазованных и химически агрессивных скважинных средах. Это достигается применением специальных материалов для оболочек, конструкциями бандажей, использованием двухслойной брони и бронелент из гальванически оцинкованной стали или монель-металла.

В качестве основных кабелей фирмой REDA используются кабели типов Redalene (рабочая температура изоляции до 96°С), Redahot (рабочая температура изоляции до 177°С), Redablack (рабочая температура изоляции до 204°С) и Redalead (рабочая температура изоляции до 232°С). 

В кабельных линиях REDA нередко используются основные кабели, составленные из отрезков кабелей разных типов, например, теплостойкого кабеля Redalead (в нижней части основного кабеля) и Кабеля Redalene (в верхней его части).

В качестве кабелей-удлинителей кабельных линий REDA используются кабели типа Motorlead с рабочей температурой изоляции до 232°С.

Каждый тип кабелей REDA имеет свою группу кабелей, различных по конструктивному исполнению и соответственно маркам и обозначениям.

Кабели фирмы REDA

Порядок образования марок и обозначений кабелей REDA указан в таблице 4.18.

Таблица 4.18

Элементы конструкции, параметры	Обозначение, материал, исполнение
Изоляция	Р - сополимер полипропилена (вариант обозначения РРЕ); Е - этилеипропилендиеновый каучук EPDM; КЕ - полиимидно-фторопластовая пленка и этилеипро­пилендиеновый каучук EPDM
Оболочка	О - резина на основе иитрильного каучука; Е - этилеипропилендиеновый каучук EPDM; L - свинцовый сплав
Бандаж	В - оплетка из химически стойких нитей; ТВ - термостойкая пленка и оплетка из химически стойких нитей; F - термостойкая пленка
Броня	G - гальванически оцинкованная стальная лента; М,- лента из монель-металла
Исполнение	R - круглый; F - плоский

В конце марки (обозначения) кабеля или перед обозначением брони может быть указан размер его токопроводящих жил по американской проволочной системе AWG. Соответствие применяемых RED А размеров сечениям жил в мм2 указан в таблице 4.19. 

Таблица 4.19- Размеры жил кабелей фирмы REDA

Размер по системе AWG	Сечение, мм2*
1	42,41 (42,4)*
2	33,63 (33,6)
4	21,15(21,2)
6	13,30(13,3)

*В скобках указаны округленные значения.

Для некоторых конструкций кабелей REDA в обозначениях дополнительно указываются максимальные рабочие температуры изоляции (° F). Например, RedablacK: (ЕТВЕ-400°) G5R.

Конструкции кабелей Redalene РРЕО (круглого) и POF (плоского) показаны на рис. 4.48 б, г; конструкция кабеля Redalene РОТВ показана на рис. 2.4.48 к, конструкции кабелей Redahot ЕТВО (круглого) и ETBOF (плоского) показаны на рис. 2.4.48 е, з.

где 1 - медная однопроволочная или многопроволочная жила с покрытием проволок оловянно-свинцовым припоем;

2 - изоляция из сополимера полипропилена или с покрытием проволок оловянно-свинцовым припоем;

3 - оболочка из резины на основе нитрильного каучука;

4 - бандаж из термостойкой пленки и оплетки из химически стойких нитей;

5 - броня из гальванически оцинкованной стальной ленты ступенчатого профиля.

Зависимости длительно допустимых токовых нагрузок кабелей Redalene Ррео от температуры скважинной среды представлены на рисунке 4.49.

Зависимости длительно допустимых токовых нагрузок кабелей RedablacK EER и EEF от температуры скважинной среды представлены на рисунке 4.50. 

 

Конструкция кабеля Redalead ELB и Redalead ELTB показана на рис. 4.45 к,

где 1 - медная однопроволочная или многопроволочная жила с покрытием проволок оловянно-свинцовым припоем;

2 - изоляция из этиленпропилендиенового каучука EPDM;

3 - оболочка из свинцового сплава;

4 - бандаж-оплетка из химически стойких нитей;

5 - броня из гальванически оцинкованной стальной ленты ступенчатого профиля.

Примечание. Поверх свинцовых оболочек жил имеются бандажные оплетки из химически стойких нитей (на рис. не показаны).

Удлинитель с муфтой

Конструкция кабель-удлинителя Motorlead КЕОТВ и KELB показана на рисунке 4.45 и,

где 1 - медная однопроволочная жила;

2 - первый слой изоляции из полиимидно-фторопластовой пленки;

3 - второй слой изоляции из этиленпропилендиенового каучука EPDM;

4 - ободочка из резины на основе нитрильного каучука или оболочка из свинцового сплава;

5 - бандаж из термостойкой пленки и оплетки из химически стойких нитей;

6 - броня из гальванически оцинкованной стальной ленты или ленты из монель-металла ступенчатого профиля.

Муфта кабельного ввода

В кабельных линиях REDA используются муфты кабельного ввода, аналогичных по конструкции российским кабельным муфтам.

Конструктивное и технологическое исполнения сростки кабелей REDA аналогичны исполнению российской сростки кабельных линий типа К43.

Виды контрольных испытаний кабельных линий REDA аналогичны видам контрольных испытаний кабельных линий типа К43.

Нормы сопротивления изоляции, электрической прочности и токов утечки изоляции при испытаниях напряжением постоянного тока также на уровне кабельных линий К43.

Специально для российских условий эксплуатации фирма Centrilift разработала ряд конструкций кабелей, предназначенных для работы при высоких давлениях и газовом факторе скважинной среды, низких температурах на поверхности скважин и высоких темпах декомпрессии при подъемах установок: CPN (круглый и плоский), CTN, СЕЕ и другие.

Конструкции кабелей фирмы Centrilift аналогичны конструкциям кабелей фирмы REDA (см. рис. 4.45).

Кабели для комплектации установок ЭЦН выпускают и другие зарубежные фирмы, такие как Phillips Cables (Канада), Kerite (Великобритания), Pirreli (Бразилия), Fujikura Ltd (Япония) и

другие.

Выбор конструкций кабельных линий зависит от условий эксплуатации установок ЭЦН, в первую очередь, от температуры скважинной продукции. Кроме пластовой температуры используется расчетная величина снижения этой температуры за счет температурного градиента, а также повышение температуры окружающей среды и самого скважинного агрегата за счет нагрева погружного электродвигателя и центробежного насоса. Повышение температуры может быть довольно значительным и составлять 20-30°С. Другим критерием выбора конструкции кабеля является температура окружающего воздуха, которая влияет на работоспособность и долговечность изоляционных материалов кабельных линий.

Важными факторами, влияющими на выбор конструкцию кабеля, являются свойства пластового флюида - коррозионная активность, обводненность, газовый фактор.

Основные рекомендации по выбору конструкций кабелей для УЭЦН

представлены в таблице 4.20.

Таблица 4.2Q Рекомендации по выбору конструкций кабелей для УЭЦН

Требования по условиям экс­плуатации	Рекомендуемые конструкции кабелей
Температура скважинкой сре­ды (рабочая температура изо­ляции), °С: до 90 до 95 до 110 до 120 до 160 до 230	Кабели с изоляцией из полиэтилена высокой плотности. Кабели с полипропиленовой изоляцией. Кабели с изоляцией из модифицированного по­липропилена. Кабели с изоляцией из сшитого полнэтнлена высокой плотности. Кабели с изоляцией из фторсополимера. Кабели с изоляцией из этиленпропи­лендиенового каучука EPDM
Температура воздуха на по­верхности при перемотках и динамических изгибах кабеля, до-40 до-51	Кабели с полипропиленовой, полиэтиленовой и фторопластовой изоляцией (конкретные огра­ничения по морозостойкости устанавливаются производителем). Кабелн с изоляцией и оболочками из этилен­пропилендиенового каучука EPDM
Устойчивость к повышенному газосодержанию в скважинной жидкости	Кабели с изоляцией из полиэтилена высокой плотности (в т.ч. сшитого) нли полипропилено­вой изоляцией, а также кабели со свинцовыми оболочками жил
Устойчивость к воздействию химически агрессивных еква- жиииых сред	Кабели со свиицовыми оболочками жил, в бро­не из нержавеющей стали, монель-металла или бронзы

При подборе и сравнении конструкций кабелей необходимо также учитывать и оценивать следующие основные показатели.

1. Рабочее напряжение.

2. Допустимые токовые нагрузки при температуре эксплуатации.

3. Конструктивное исполнение (круглое или плоское).

4. Наружный диаметр (размер) и массу;

5. Экономические показатели (цену и параметры надежности).

Расчет падения напряжения в кабельной линии производится с

целью определения рабочего напряжения питающего электротока, который доходит до погружного электродвигателя.

Падение электрического напряжения в кабельной линии составляет

где электрическое сопротивление медной токопроводящей жилы кабельной линии:

S1 - сечение токопроводящей жилы основного кабеля, мм ;

52 - сечение токопроводящей жилы кабеля-удлинителя, мм2;

L1 - длина основного кабеля, км;

L 2 - длина кабеля-удлинителя, км;

Т - температура токопроводящих жил кабелей, °С;

IД - номинальный ток электродвигателя установки, А;

cos -  коэффициент мощности электродвигателя.

В простейшем случае, когда сечения токопроводящих жил основного кабеля и кабеля-удлинителя отличаются не более чем на размер (например, 10 и 6 мм2), электрическое сопротивление жилы кабельной линии рассчитывают как электрическое сопротивление жилы основного кабеля, т.е.

Расчет завершается сравнением напряжения, которое получается в результате вычитания падения напряжения в кабельной линии из величины напряжения на вторичной обмотке трансформатора, и рабочего напряжения, необходимого для работы погружного электродвигателя.