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

Г л а в а V

ПООПЕРАЦИОННЫЕ И ВЫХОДНЫЕ ИСПЫТАНИЯ. ЭКСПЛУАТАЦИОННАЯ НАДЕЖНОСТЬ КАБЕЛЕЙ ДЛЯ НЕФТЕ-ГАЗОВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

§ 1. ИСПЫТАНИЯ КАБЕЛЕЙ ДЛЯ НЕФТЕ-ГАЗОВОЙ

ПРОМЫШЛЕННОСТИ

В п р о ц е с с е и з г о т о в л е н и я с и л о в ы х к а б е л е й д л я э л е к т р о п и т а н и я п о г р у ж н ы х н е ф т е н а с о -

со в предусматриваются следующие испытания:

1.Напряжением—изолированных жил по ГОСТу 2990—67. Изолированные жилы серийных кабелей КРБК испыты­

ваются напряжением 3 кв переменного тока частоты 50 гц

втечение 5 мин. после шестичасового пребывания в воде при ~-50°С; для кабелей КРБК-В испытательное напряже­ ние составляет 6 кв, для КПБК-3, КПБП, КПБК-П.КПБК-ПЗ —также 6 кв после трехчасового пребывания в воде при 15-Р 25°С.

Кабель КПБП испытывается после наложения оболочки

вуказанных выше для изолированных жил кабелей КПБП, КПБК-П, КПБК-ПЗ условиях.

2.Напряжением—готового кабеля по ГОСТу 2990—67. Испытывается приложением напряжения между жилами и между жилами и броней в течение 5 мин. Напряжения та­ кие же, как и при испытании изолированных жил.

3.Измерением сопротивления изоляции по ГОСТу 3345—67. Сопротивление изоляции жил, как и готовых ка­ белей (измеренное между жилами и броней), пересчитан­

ное на температуру 20°С, должно быть не менее 100 Мои-км.

4.На раздавливание; проводят на участке кабеля дли­ ной 140 мм, уложенном между двумя плоскостями гидрав­ лического пресса. Скорость сжатия — 20 мм)мин до замы­ кания между жилами или жилы с броней, регистрируемого контрольной аппаратурой. Раздавливающие усилия должны быть не менее: для КРБК сечением 25 и 35 мм1—12 тс, КРБК-В сечениями 10 и 16 мм2—10, КПБК—16 тс.

5.На осевую герметичность (только для кабелей в ре­

381

должно протекать через образец насквозь) и выдерживают 30 мин. при давлении 40 кгс'хм2.

Изолированные жилы кабелей типа КТШЭ для токопод­

де при- 1 5 -f- -f 25°С, сопротивление изоляции между жилой и

бура, испытывают на аппарате сухого испытания напряжением 10 кв переменного тока частоты 50 гц при скорости прохож­ дения через него не более 10Э м;мин. В готовом виде кабель должен выдержать в течение 5 мин. испытание напряжением 5 кв переменного тока частоты 50 гц, прикладываемым между жилами.

И с п ы т а н и я к а б е л е й д л я г е о ф и з и ч е с к и х ра ­

контролируется комплексом пооперационных и выходных,

ведочных работ должны выдержать испытания напряжением

Т а б л и ц а 37

Режимы испытаний жнл кабелей для геофизических работ

* Испытание проводится на АСИ.

382

вом виде кабели должны выдержать испытание напряжением

для геофизических работ испытываются напряжением на АСИ при частоте 50 гц и т = 0,06 сек: ГПМП и ГПСМП—8000 в, ГПСМПО- 6 000 в, ПСВВ-2000 в.

Случайные дефекты в изоляции можно выявить до вод­ ных испытаний проверкой изоляции на АСИ [92]. В послед­ нее время для экспресс-контроля качества наложения изо­ ляции на АНВ, а также для обнаружения дефектов (до 70% общего количества) в изоляции каротажных кабелей не­ посредственно в технологическом потоке и в виде отдельной контрольной операции применяют безопасные в работе зву­ ковые аппараты сухого испытания (ЗАСИ), разработанные в ТашНИКИ [194]. Имеется несколько модификаций ЗАСИ

2 (1,5) кв через каждые 500 в. Последние модели аппарата характеризуются плавной регулировкой напряжения. ЗАСИ имеют значительно меньшую мощность, чем АСИ, что по­ вышает их безопасность для обслуживающего персонала. Потребляемая мощность~25 вт. ЗАСИ состоит из 4-х бло­ ков: 1 ) преобразовательного с контактной системой, 2 ) счет­ ного, 3) блока учета качественной и бракованной продук­ ции и 4) блока питания. Первый служит для получения переменного напряжения с частотой 2 кгц; состоит из двух­ тактного генератора с индуктивной связью, собранного на плоскостных полупроводниковых триодах типа П 4А, и вы­ соковольтного трансформатора звуковой частоты. Перемен­ ное напряжение частотой 50 гц через трансформатор подается для выпрямления на мостовую схему, а после выпрямле­ ния—к преобразователю постоянного напряжения в пере­ менное с частотой 2 кгц. Высокое напряжение частотой 2 кгц с высоковольтного трансформатора преобразовательного бло­ ка подается на выносной электрод, состоящий из двух ук­ репленных на изоляторах колец, между которыми парал­ лельно друг к другу натянуты металлические пружины. Испытуемая жила вводится в зазор между пружинами, пос­ ле чего поворотом одного из колец вокруг своей оси обес­ печивается плотное прилегание пружин к изоляции. Полная

383

безопасность работы ЗАСИ обеспечивается тем, что из-за высокого внутреннего сопротивления генератора при при­ косновении человека к высоковольтному электроду проис­ ходит срыв генерации триодов, в результате чего уменьша­ ется напряжение на электроде.

Счетный блок собран на тиратроне с холодным катодом типа МТХ-90, с которого подаются импульсы на электро­ импульсный счетчик типа МЭС-54. Блок учета качественной и бракованной продукции состоит из схемы, собранной на тиратроне с холодным катодом типа МТХ-90 и двух электроимпульсных счетчиков—качественной и бракованной про­ дукции, импульсы на которые подаются от счетчика длины типа СКО-1.

Блок питания состоит из сетевого трансформатора, двух выпрямителей, фильтров и предохранителей. Выходное нап­ ряжение трансформатора служит для питания выпрямителя и регулируется ступенями от б до 16 б через 1 в, регули­ руемое—для питания преобразовательного блока, посто­ янное—для питания счетного устройства. При использовании аппарата ЗАСИ непосредственно на поточных линиях (АНВ, ШМКП и др.) для экспресс-контроля качества изоляции подача переменного напряжения 220 в на аппарат ЗАСИ производится от сети приемника с целью предотвращения разрушения (тепловой пробой) изоляции при длительном нахождении под высоким напряжением в случае прекраще­ ния передвижения жилы.

Испытание изоляции на ЗАСИ или АСИ не выявляет все дефекты, особенно мелкие. Поэтому они являются пред­ варительными; окончательный этап—водное испытание1, при котором барабан с жилой погружается в бак с водой, по­ догреваемой до нужной температуры с помощью пара. Пос­ ле определенной выдержки при этой температуре (см. табл. 35) проводится испытание напряжением. У жил, выдержав­ ших его, измеряется сопротивление изоляции. Согласно ГОСТу 6020—68 сопротивление изоляции отдельных жил

100 Ліом, а сопротивление изоляции жил кабеля КОБДФ-6,

1 В ТашНИКИ разработан и внедряется аппарат типа ЗАСИ-МД, испытание на котором (с деформацией жилы в разных плоскостях) дол­ жно исключить необходимость последующего водного испытания.

384

длиной 5—6 мм до полного оголения ТПЖ. Оголенная часть жилы, место среза изоляции на конус и ее прилегающая часть обезжириваются этиловым спиртом или ацетоном. На место починки накладываются 5 слоев ленточного ориенти­ рованного фторлона-4 шириной 10 мм и толщиной 50 мк с перекрытием 50—60%, затем 2 слоя из ленточного фторло- на-4Д шириной 10 мм и толщиной ПО мк с перекрытием 50Д60%. Ленты фторлона накладываются вручную с не­ большим натяжением во избежание механических перенап­ ряжений в материале и как следствие—образования трещин и разрывов во время термообработки. Диаметр жилы в месте починки после наложения лент должен превышать диаметр неповрежденной жилы не более чем на 0,06 4-0,1 мм.

на конус длиной не менее 5—7 мм до фторлонового слоя. Места среза протираются ватой или марлей, смоченной в этиловом спирте или ацетоне, затем спустя 1—2 мин. ко­ нусные поверхности смазываются дибутилфталатом, после чего производится обмотка полихлоропреновой лентой, сма­ занной дибутилфталатом, с 50%-ным перекрытием под на­ тяжением без морщин и неровностей. Толщина ленты 0,2— 0,3 мм, ширина—10 мм. Диаметр жилы в месте починки не должен превышать предельно допустимого диаметра жилы по защитной оболочке. Поверх обмотки резиновой лентой производится обмотка одной ориентированной лентой фтор­ лона-4 толщиной 404-50 мк с перекрытием 50—60% или телефонной бумагой. Место починки помещают в вулкани­ зационный пресс. Температура вулканизации — 200 -г 300°С,

время—3—б мин. Диаметр плашек должен соответствовать диаметру жилы по наиритовой оболочке. Качество починки обычно определяется визуально по упругости оболочки. После вулканизации фторлоновая лента (или телефонная бумага) снимается с оболочки.

Дефектный участок изоляции из фт орлона - 40111 среза­ ется на конус до полного оголения ТПЖ. Оголенная часть жилы и места среза изоляции на конус обезжириьаются спир­ том или ацетоном. С кондиционной изолированной фторло- НОМ-40Ш жилы при помощи продольно-поперечного разре­ за снимается трубка Ф-40Ш, которая затем одевается на подготовленное для проведения починки место. Последнее помещают в имеющие электрический обогрев плашки (их диаметр ранен диаметру изолированной жилы), которые

среде до доз 80—100 Мрад ориентированной полиэтиленовой пленки или облученных термоусаживающихся полиэтиленовых трубок. Края дефектного участка оболочки срезаются под ко­ нус, протираются спиртом или ацетоном. Затем место починки обматывается ориентированной облученной полиэтиленовой пленкой, сверху для увеличения обжатия накладывается слой ориентированной пленки фторлона-4с перекрытием 50%. Рав­ номерное прогревание до —110°С вызывает усадку пленок, чем достигается необходимая степень обжатия жилы в мес­ те починки, а последующий нагрев до—150°С—слипание от­ дельных слоев полиэтиленовой пленки и, следовательно, образование радиально-герметичной изоляции. Прогрев про­ должают до получения прозрачности изоляции в месте по­ чинки. После починки фторлоновая лента снимается.

Подобным образом производится починка при помощи облученных, а затем раздутых при повышенной температу­ ре и резко охлажденных полиэтиленовых трубок. Повтор­

жением, измерение сопротивления изоляции, электрическо­ го сопротивления ТПЖ, механических характеристик (раз­ рывное усилие, испытательное удлинение, контроль качества наложения нераскручивающейся брони, контроль качества термомеханической стабилизации)1.

1 Методы проведения выходных испытаний подробно рассмотрены в ГОСТе 60і0—Ь8, а также в [92].

38Ö

после изготовления кабели должны выдержать испыта­ ние напряжением переменного тока частотой 50 щ\ 2 кв— КОБД-4, КОБД-6, КТБД-6, КОБДФ-б и КТШ-0,3; 3 к в - КТО-1, КТО-2, КТО-4, КТШ-4 и КТШН-4. Сопротивление изоляции готовых кабелей, пересчитанное на длину 1 км и температуру 20°С, должно быть не менее 100 Мом для КОБД иКТБД, не менее 10000 Мом для КОБДФ и не ме­ нее 150 Мом для остальных (кроме КТШ-0,3) кабелей. Ос­ таточное удлинение нестабилизированных кабелей (КОБД-4 и КОБД-6) не должно превышать 0,2%, стабилизированных (КОБДФ-6, КТБД-6)—0,03%.

же кабели для электропитания погружных нефтенасосов, для электротеплонагревателей и др., предназначенные для работы в условиях воздействия повышенных температур и гидростатических давлений. Для этих целей применяются УВДТ (рис. 66), главной частью которых являются камеры высокого давления и температуры (КВДТ).

Эксплуатирующаяся в ТашНИКИ УВДТ состоит из ка­ меры высокого давления, насосной установки и пульта уп­ равления. Главный рабочий орган установки—КВДТ—пред­ ставляет собой трубу 9 (см. рис. 66, б) длиной 8 м из ста­ ли 60Г с внутренним диаметром 92 мм и толщиной стенки 40 мм. По концам трубы на упорной резьбе посажены два фланца 4. К фланцам трубы 7 на болтах 5 крепятся конце­ вые фланцы 4, уплотнение по разъему которых осуществ­ ляется линзовыми стальными кольцами 6. Во фланцы 4 ввин­ чиваются штуцера 2 (уплотнение достигается при помощи медных прокладок 10), в них—электровыводы /. Через ле­ вый штуцер 3, соединенный с насосом высокого давления или устройством преобразования давления (мультипликато­ ром), нагнетается рабочая жидкость; правый штуцер сое­ динен с вентилем д,ля сброса давления, который имеет дис­ танционное управление.

Рабочая жидкость нагревается при помощи обмотки ин­ дукционного обогрева 8, наложенной на трубу 9. Рабочая жидкость—вода с примесью солярового масла—по концен­ трации ионой водорода сопоставима" с пластовыми жидкос­ тями и буровыми растворами. Согласно ГОСТу 2874—54, pH водопроводной воды составляет 6,5-Г 9,5, pH бутановых

Ші

a -принципиальная схема: 1 - к мэра высокого давления (КВДТ); 5—обмоткд индукционно­ го обогрева; 3—электронный мегомметр; 4—испытываемый образец; 5—электровывод; 0—на­

12— вентиль сброса давления; 13—вентиль отключения насоса РН-1; б - камера высокого давления.

Образцы кабелей, помещенные в испытательную уста­ новку, в практически реализуемых диапазоне и соотношении температур и давлений находятся в жидкой среде, как и кабели в скважинах, поскольку температура кипения воды уже при давлении 27 кгс/см2 составляет 227°С. Экстрапо­ лируя зависимость температуры кипения воды от давления, получаем, что при давлении брлее 300 кгс/см3 температура кипения воды превышает 350°С. Давление несколько уве­ личивает вязкость воды, но температура существенно умень­ шает ее, так что при совместном действии температуры и давления вкладом последнего в изменение вязкости воды можно пренебречь.

№

УВДТ смонтирована в специальном помещении, наблю­ дение и управление—дистанционное, с центрального пульта управления. Для предотвращения разрушения камеры при аварийном подъеме давления имеется предохранительный клапан. Установка характеризуется следующими параметра­ ми: максимальное рабочее давление—1200 кгс/см2 и макси­ мальная рабочая температура—250°С.

Кроме описанной, в ТашНИКИ разработана УВДТ на рабочее давление до 2500 кгс'см2. Для проверки работоспо­ собности элементов конструкций разрабатываемых камер вы­ сокого давления, электровыводов, уплотнений, насосов вы­ сокого давления и мультипликаторов геофизиками исполь­ зуются подобные же экспериментальные установки. В настоящее время можно выделить две основные тенденции в проектировании УВДТ: повышение рабочих параметров и максимальную имитацию условий эксплуатации испытуемо­ го объекта. Первая вызывает необходимость ряда новых конструктивных решений. Одно из них—применение коль­ цевых насадок на корпус камеры высокого давления для перераспределения возникающих механических напряжений. Такой вариант УВДТ разработан в ТашНИКИ. При этом, очевидно, должен быть изменен способ нагрева рабочей среды (не исключено применение внутреннего электрическо­ го нагрева). Вторая тенденция обусловливает разработку установок, создающих растяжение и кручение кабеля в сре­ де с высокими давлением и температурой. Такая установка разработана в Р. О. ВНИИГеофизики.

Более полная имитация эксплуатационных условий, ви­ димо, возможна в случае совмещения растяжения и круче­ ния нагретого кабеля с перемоткой его через ролики под нагрузкой. Это связано с тем, что при подъеме из скважин с высоким геотермическим градиентом кабель может не ус­ петь полностью охладиться, особенно при высоких скоростях подъема. При прохождении его через ролик блок-баланса не исключена деформация изоляции. Поскольку перемотку трудно осуществить в УВДТ из-за малого объема КВДТ и ряда технических трудностей, это испытание можно прово­ дить отдельно на специальной пробежной машине, обору­ дованной устройством для нагрева кабеля во время пере­ мотки (например, с подачей низкого напряжения на броню).

Создание надежных в работе УВДТ на высокие рабочие параметры сопряжено с решением проблемных вопросов, в частности вывода неискаженной электрической информации из КВДТ о поведении материалов и образцов кабелей или изолированных ТПЖ под баротермической нагрузкой. Она может быть выведена из КВДТ без искажений при условии

389