книги из ГПНТБ / Месенжник Я.З. Кабели для нефтегазовой промышленности

и увеличением длины при неизменной ширине. Получаемая ориентация является односторонней (продольной), степень ее зависит от уменьшения толщины пленки по сравнению с первоначальной, максимальная степень составляет 2,7. Ори­ ентация значительно повышает электрическую прочность, предел прочности при растяжении и снижает относительное удлинение при разрыве. Согласно ГОСТу 12508—67, элект­ роизоляционная ориентированная (Ф-4 30) пленка изготав­ ливается толщиной 20—100 мк, неориентированная (Ф-4 ЭН) — 20—150 мк. Каждый вид пленки выпускается 1-ми 2-м сортами, заметно отличающимися по физико-механическим и некоторым электрическим характеристикам. Так, для Ф-4 30 приведем следующие данные:

же интервале ТКе = 1,33 • 10~3 °С_1.

Фторлон-4, как химически инертный материал, плохо поддается сварке и склейке. Сварку при 370аС можно про­

щего из 65 вес. ч. фторуглеродной смазки марки УПИ и 35 вес. ч. порошка фторлона-4Д. Не обладая полярностью мо­ лекул, фторлон-4 имеет несравнимые ни с одним материалом антиадгезиновые свойства, поэтому его нельзя склеить обычными промышленными клеями. Таким образом, нельзя использовать основной тип адгезии, основанной на действии

среды, короткий срок службы ванн, а также антисанитар­ ные условия работы из-за интенсивного выделения паров термостатирующей среды и газообразных продуктов, выде­ ляющихся при термообработке изоляции.

Для придания пленочной изоляции большей монолитно­ сти в дальнейшем использовали свойство неориентирован­ ных пленок фторлона-4 вследствие усадки соединяться друг

лась радиальная герметичность изоляции при высоких гид­ ростатических давлениях. Это связано с тем, что условием хорошего спекания является обеспечение не только опре­ деленной температуры, но и контактного давления, посколь­ ку спеканию подвергается пленка, ранее уже подвергавша­ яся термообработке.

Согласно [135], лучшее спекание неориентированных пленок фторлона-4, определяемое по разрывному усилию места сварки, достигается при давлении не менее 5 (темпе­ ратура 370°С) и 7,5 кгсісм2 (температура 350°С), причем не­ обходимая для качественного спекания экспозиция состав­ ляет около 1 мин.

Это контактное давление можно достичь наложением поверх лент из неориентированных (или частично ориенти­ рованных) пленок полностью ориентированных лент фтор­ лона-4, претерпевающих при температуре выше 327°С силь­

ции. Таким образом, при максимальной наружной темпера­ туре 370°С внутренние слои, вследствие перепада темпера­

ную герметичность при длительной выдержке под гидро­ статическими давлениями 60 и 120 кгс\см2 и сохранила вы­ сокие значения КИз 1135].

В дальнейшем будет показано, что изоляция, состоящая из ориентированных и неориентированных пленок фторло- на-4, запеченных в воздушной среде при температуре (370+ + 5%)°С, не обладает достаточной радиальной герметич­ ностью и ее электропроводность существенно увеличивает­ ся под действием повышенных гидростатических давлений. Возможно, что это связано с появлением в ней трещин. Поэтому в кабелях и проводах, работающих в режиме пов­ торных температурно-барических и механических нагрузок (например, каротажных), в случае применения дополнитель­ ных герметизирующих оболочек отпадает целесообразность в спекании всех слоев изоляции (за исключением наружно­ го, монолитность которого—непременное технологическое условие для наложения герметизирующей оболочки).

Поскольку запечка не обеспечивала бароводостойкости изоляции каротажных кабелей вследствие недостаточной радиальной герметичности, поверх запеченной изоляции на вальцовых машинах накладывалась герметизирующая обо­ лочка из резины типа РШН-2, которая затем подвергалась вулканизации в котле. По этой технологической схеме из­ готавливались опытные каротажные кабели в период с 1957 по 1959 гг. Применение кабелей с запеченной изоляцией в Северо-Кавказской геофизической конторе показало, что их эксплуатационные характеристики (особенно в трехжильном исполнении) лучше, чем у кабелей с незапеченной. В 1959 — 1960 гг. вальцовые машины полностью заменили высоко­ производительными агрегатами непрерывной вулканизации (АНВ). Значительное давление резины, создаваемое в го­ ловке АНВ на жилу при наложении герметизирующей оболоч­ ки, вызывало постепенное осевое смещение лент фторлона-4 вследствие недостаточной аутогезии между лентами, накоп­ ление их в дорне и обрыв жилы. Таким образом, качество запечки пленочной фторлоновой изоляции оказалось неудов­ летворительным как в отношении необходимой водобарос­ тойкости, так и технологичности конструкции изоляции при применении АНВ для наложения герметизирующей оболочки.

В связи с этим провели работы по созданию конструк­ ции пленочной изоляции, имеющей более высокую аутогезию между лентами после спекания, изготовили ряд вари­ антов конструкций жил с комбинированной изоляцией [109], состоящей из пленок фторлона-4 и каландрированных пле­ нок фторлона-4Д. В 1962—1968 гг. изготовили опытные пар­ тии теплостойких кабелей с изоляцией, состоящей из пос­ ледовательно наложенных на жилу лент из неориентирован­

увеличивает ее предел прочности при разрыве: более чем в 4 раза вдоль и более чем в 15—поперек. Удлинение в про­ дольном направлении остается таким же, а поперек—уменьша­

ется примерно в 2,8 раза. Для конструкций одно-, трех-и се­ мижильных каротажных теплостойких кабелей типов КОБДТ, КТБТ и КСБТ для сверхглубоких скважин в качестве ра­ бочего выбран вариант, основанный на использовании раз­ личий в коэффициентах усадки пленочных фторлонов при термической обработке, предусматривающей последующее наложение на жилу неориентированных, ориентированных пленок фторлона-4 и каландрированной пленки фторлона-4Д (табл. 14).

неориентированных), увеличивающееся при запечке из-за значительной усадки при спекании наложенной поверх пле­ нок из фторлона-4 сырой каландрированной пленки из фтор- лона-4Д и сдавливания нижележащих слоев. Каландри­ рованная пленка при запечке образует монолитную обо­ лочку с гладкой поверхностью, а изоляция в целом сохра­ няет высокие диэлектрические характеристики и необходи­ мую эластичность вследствие неполного спекания пленок фторлона-4 и незначительной толщины спеченного слоя фторлона-4Д. Общая усадка комбинированной изоляции

составляет ~ 7 % .

Несмотря на неудобства применения пленочного фтор­ лона-4 (малая механическая прочность пленки, малая про­ изводительность процесса обмотки, необходимость спека­ ния, которое производится в виде дополнительней операции

и др.), метод изолирования фторлоном-4Д—один из наибо­ лее перспективных в кабельной промышленности [82].

Однако исследования показали, что эта оболочка в не­ которых случаях не обеспечивает изоляции радиальной герметичности и водобаростойкости. Удельное объемное сопротивление пленочной изоляции из фторлона-4Д до на­ чала испытания некоторых образцов превышало ІО18 ом-см,

через изоляцию в радиальном направлении и из двух вы­ водных концов вдоль токопроводящей жилы выступала на­

чины образцы высушили и поверх изоляции наложили гер­ метизирующую оболочку из резины марки НШ-40, а затем снова исследовали температурно-барическую зависимость удельного сопротивления изоляции. При давлении 500 кгс’см2

превышает ІО13 ом-см. Отсюда следует, что причиной про­ никания воды сквозь изоляцию является значительная диф­ фузия воды, а не технологические дефекты.

Пониженная диффузионная стойкость пленочной изоля­ ции из фторлона-4Д, по-видимому, является следствием об­ разования микротрещин при ее запечке, в том числе из-за колебаний качества наложения лент и температурного ре­ жима. Для сравнительной оценки диффузионной стойкости пленочной изоляции из фторлона-4 и -4Д изготовили образ­ цы с изоляцией следующих конструкций:

а) четыре ленты из фторлона-4Д толщиной 100 мк с перекрытием 30%, фактическая радиальная толщина изоля­ ции 0,48 мм;

б) восемь лент из фторлона-4 толщиной 40 мк, факти­ ческая радиальная толщина изоляции 0,60 мм.

При совместном воздействии температуры и давления Рѵ экв. изоляции обоих типов образцов в интервале темпера­ тур 20-у170°С и давлений до 500 кгс/см1 не изменяется и находится выше верхнего предела чувствительности изме­ рительного прибора. При повышении температуры и посто­ янном гидростатическом давлении, равном 500 кгс/см2, рѵЭКв. снижается. Кратность снижения для первого типа образцов превышает 3,6-ІО4, второго—5 -ІО2. В связи с этим изоля­ цию из сырой каландрированной пленки фгорлона-4Д с пос­ ледующей запечкой можно применять как в чистом виде,

Ш

При применении оболочки из резины НШ-40 обеспечи­ вается работоспособность теплостойких каротажных кабелей до температуры 220° и давления 1200 кгсісм1, кратковре­ менно (час)—-250°С и давления 1500 кгсісм1. В температур­ ном интервале 115-f250°C TKRH3 уменьшается с возраста­ нием гидростатического давления, стабилизируясь при 1000 кгс/слі2:

С увеличением времени пребывания образцов в автоклаве при заданных режимах сопротивление изоляции уменьша­ ется, видимо, вследствие диффузии жидкости. Так, после 5 -минутного пребывания при 250°С и 1200 кгсісм2 R„3 = 480 Мом-км, после часового пребывания — 320. После снижения температуры и давления до нормальных RH3 восстановилось до исходного значения. Фторлоновая изоляция не претер­ пела никаких остаточных изменений, но резиновая оболочка и хлопчатобумажная оплетка подверглись заметной темпе­ ратурной деструкции.

Герметизирующая оболочка из шприцуемого фторлона40Ш может выполнять свои защитные функции до 180, в отдельных случаях до 210°С. Начиная с 210°С происходит растрескивание оболочки, и она полностью утрачивает за­ щитные свойства из-за потери радиальной герметичности. Видимо, весьма перспективно применение защитных оболочек из комбинации нитрильного и фтористого каучуков. В на­ стоящее время проводятся работы по использованию их в каротажных кабелях с пленочной фторлоновой изоляцией. Эти резины имеют высокую механическую прочность, теп­ лостойкость до 220 — 250°С, высокие масло-и бензостойкость.

по морозостойкости превосходят оболочки из резины марки НШ-40 примерно на 20°С. Перспективным можно признать также вариант, предусматривающий наложение поверх пле­ ночной изоляции полиэтиленовой оболочки с дальнейшим облучением ее на заданную глубину до оптимальной дозы, что возможно при применении ускорителей электронов. В табл. 15 приведены результаты кратковременных электри­ ческих испытаний образцов жил кабеля ККФБ-1, изолиро­ ванных Ф- 4 ■+ Ф- 4Д с герметизирующей резиновой оболоч­ кой на основе композиции фторкаучука СКФ-26 и нитриль­ ного каучука.