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

тическая кривая; 2— теоретическая (сглаживающая); г— КОБД-6 до полного списания: /-практическая кривая; 2— теоретическая (сглаживающая).

розионного, химического и других воздействий на них в условиях эксплуатации. Во всех случаях при расчете пара­ метров надежности кабелей получено хорошее согласование эксплуатационных и теоретических распределений по кри­ терию у'1 Пирсона; вероятность И (у?) находилась в диапа­ зоне 50 — 80%. В результате исследования получены сле­ дующие формулы для расчета параметров надежности и долговечности каротажных кабелей;

400

1) вероятность безотказной работы КОБД-4 до первого ремонта и полного списания, а также полного списания КОБД-6:

где t и tj — среднее и текущее значения времени работы кабеля;

0t — среднеквадратичное отклонение от среднего значения времени работы кабеля;

j — табулированный интеграл Гаусса, определяе­

мый по таблице, приведенной в [198| и др.; 2) вероятность работы КОБД-6 до первого ремонта:

По кривым 1,1'; 2 и 2' функции вероятности работы для геофизических кабелей в различные периоды эксплуатации (рис. 69) могут быть найдены сроки службы (до первого ремонта или полного списания кабеля) при заданной веро-

Рис. 69. Графики функций вероятности безотказ­ ной работы (функции надежности) кабелей для геофизических исследований скважин в зависимо­ сти от времени эксплуатации:

7— 2 — КОБД - 4 до первого ремонта и полного списания; 21— КОБД-6 до первого ремонта и полного списания.

ятности. Например, при вероятности 0,8 срок службы КОБД- 4 до полного списания составляет 3750 час., при вероятнос­ ти 0,5 — 5250 час. и т. д. Таким образом, график функций надежности дает возможность установить время безотказ­ ной работы эксплуатирующихся серийных каротажных ка­ белей, т. е. позволяет предусмотреть в эксплуатирующих организациях плановые сроки безотказной (надежной) ра­ боты кабелей до первого ремонта, а также эксплуатации

разработанным или усовершенствуемым конструкциям кабе­ лей (при наличии достаточного объема статистических дан­ ных по эксплуатации), что позволит установить их эффек­ тивность по отношению к эксплуатирующимся серийным кабелям.

Анализом причин снижения эксплуатационной надежнос­ ти каротажных кабелей установлено следующее. Главными направлениями повышения долговечности и эксплуатацион­ ной надежности должны быть значительное увеличение аб­ разивной стойкости проволок брони или защита их от ис­ тирания дополнительными оболочками, имеющими низкий коэффициент трения, снятие напряжений в броне с целью исключения раскручиваемости повивов, дальнейшее усовер­ шенствование технологии бронирования и общей техноло­ гии изготовления кабелей, позволяющее избежать появле­ ния технологических дефектов, применение новых изоля­ ционных материалов, стойких к воздействию суммы экс­ плуатационных факторов. В этом направлении проводится большая работа, уже давшая значительный технико-экономи­ ческий эффект. Примером могут служить кабели КОБДТП-10/6 с изоляцией из радиационно-модифицированного ПЭВД, не­ прерывно и безаварийно проработавшие в течение ряда лет в скважинах Узгеофизтреста с максимальными температура ми 200°С и выше и давлениями до 1000 кгс,!смг, в том числе в насыщенной углеводородными газами нефти, кабели с изо­ ляцией из фторлона-40Ш—КОБДФ-6, КТБФ-6, с изоляцией из фторлона-4(4Д) — ККФБ-1(3), и др.

§4. ПАРАМЕТРЫ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАДЕЖНОСТИ

ИДОЛГОВЕЧНОСТИ СИЛОВЫХ КАБЕЛЕЙ

ДЛЯ НЕФТЕДОБЫЧИ

Анализ результатов эксплуатации погружных нефтенасо сов показывает, что причинами отказа в работе системы являются как малая эксплуатационная надежность электро­ двигателя, так и выход из строя кабеля. В последнем слу­ чае возможны механические повреждения брони и шланго вой оболочки, вздутия и разрывы последней из-за ее не­ достаточной газостойкости и механической прочности и воздействия перепада давлений при подъёме кабеля из скважины, а также проникания газа в местах заделки, муфт и через поврежденные участки шланговой оболочки. Пос­ кольку эти дефекты приводят в конечном итоге к умень шению сопротивления изоляции, последнее можно, по-ви

402

Яймому, считать основным контролируемым параметром, определяющим эксплуатационную надежность кабеля.

По данным ряда нефтепромысловых управлений состав­ лены статистические ряды X* в часах работы кабеля в раз­ личные периоды эксплуатации; до первого ремонта (п0=55), в межремонтный период (п, = 80), до полного списания ка­ беля (п2 = 75), п — число членов статистического ряда [115].

носятся к эксплуатации до первого ремонта, в межремонт­ ный период и до полного списания кабеля.

Определим величины интервалов группирования Ах и об­ щее число интервалов группирования к [198]:

(Ax0 = 0,4; Ax, = 0,3; Дх2 = 0,2; k0 = 7 ; k, = 7; k2 = 10).

Подсчитав случайные числа An* опытных реализаций

(нормализованного статистического ряда), попавших в пер­ вый интервал группирования, построили соответствующие области распределения случайных чисел Ап*.

403

По виду ломаные линии для периодов работы до перво­ го ремонта и в межремонтный период напоминали распре­ деление Эрланга: функция плотности определяется по фор­ муле

а ломаная линия функции плотности времени работы кабеля до полного списания—нормальный закон распределения.

Установление законов распределения функций плотности

іи4

Данные, приведенные в [115], в дальнейшем были уточйены [122] с учетом дополнительных результатов, получен­ ных из нефтепромысловых управлений Союза (п0, п, и п2

составили, соответственно, 147, 173 и 155). Значения tcp были следующими:

На рис. 70, а, б, в приведены функции плотности для кабеля КРБК (как и ранее в системе с кабелем КРБП) при рабо­ те до первого ремонта, в межремонтный период и до пол­ ного списания. По виду практических кривых можно пред­ положить, что неизвестная функция распределения f (х) подчиняется логарифмически-нормальному закону, следова­ тельно, может быть определена по формуле

0

Вычисления производятся с помощью табулированной функ­ ции

Оценкой математического ожидания (среднего логариф­ мов случайных величин) служит

а оценкой дисперсии (средне-квадратичного отклонения)

і « n

i^T

Согласие между практическими и теоретическими расп­ ределениями для случаев работы кабеля до первого ремон­

405

та и в межремонтный период проверялись по критерию у2 Пирсона, для случая работы кабеля до полного списанияметодом акад. Колмогорова. Для всех случаев получены данные о наличии согласия между практическими и теоре­ тическими функциями.

Исходя из этого, а также учитывая, что система может находиться либо в рабочем состоянии, либо в состоянии ремонта (отказа), сумма вероятностей безотказной работы и повреждения во всех случаях равна 1. Вероятность безот­ казной работы кабеля КРБК (в комплекте с кабелем КРБП) до первого ремонта, в межремонтный период и до полного списания можно рассчитать по формуле

В дальнейшем сроки работы были несколько уточнены. Согласно [11], с доверительной вероятностью 0,9 срок ра­ боты до первого ремонта колеблется в пределах 3910-Г-4640 час., а до полного списания — 20 200 К-22 800.

Оценка надежности серийных кабелей КРБК, через муф­ ту соединенных с плоской частью кабеля (КРБП), т. е. на­ дежности комплекта, не дает четкого представления о на­ дежности собственно кабелей КРБК. Дифференцированный подход к оценке надежности показал, что средний срок

406

службы собственно кабеля КРБК до первого ремонта сос­ тавляет 5088 час., т. е. на 811 час. больше, чем для ком­ плекта КРБК—муфта—КРБП. Отсюда становится очевидной необходимость проведения мероприятий по повышению на­ дежности мест сросток и оконцеваний кабелей.

Данные по серийным кабелям для электропитания пог­ ружных нефтенасосов справедливы для случая работы их в скважинах с высоким газовым фактором (характерных для Поволжья). Следующей задачей является определение па­ раметров эксплуатационной надежности кабелей для райо­ нов, существенно отличающихся газовым фактором. Мож­ но ожидать, что с уменьшением последнего эксплуатацион­

407

хода кабеля из строя по причине разрыва оболочек с уве­ личением количества циклов спуско-подъемов кабеля резко увеличивается. Общее время работы кабеля уменьшается с увеличением количества спуско-подъемов кабеля в единицу

Рис. 72 позволяет получить некоторое среднее значение срока службы кабеля в зависимости от частоты спуско­ подъема ф Для скважин Поволжья. Практический интерес представляет получение этой зависимости для конкретных нефтегазодобывающих управлений (ИГДУ), отличающихся газовым фактором Г, поскольку последний существенно влияет на срок службы кабеля. Большая частота спускоподъемов при высоком Г резко снижает срок службы ка­ беля. В приводимых ниже данных, полученных М. А. Ба­ шировым и автором в результате обработки эксплуатацион­ ных результатов, прослеживается зависимость между мак­ симальным значением Г, средним сроком службы т и ф . Тенденция несколько нарушается для кабелей, эксплуати­ рующихся в НГДУ, „Алькеевнефть“ и „Азнакаевскнефть“, по-видимому, вследствие одновременного действия противо­ положно направленных факторов:

пример, при п = 4 и Г = 50 м3/т х = 1980 суток, отдельные кабели работают без подъема в течение 6—8 лет; в НГДУ „Туймазанефть“ при п = 12 и Г = 60 м?\т т = 1 151 сутки. Зависимость срока службы кабеля от Г и Р проявилась также при эксплуатации кабелей КРБК-У с защитной обо­ лочкой из резины ШГС-50 в НГДУ „Первомайнефть“. Ка­ бели работали в самых тяжелых условиях, что отразилось на сроке их службы:

408

Первые два кабеля после подъема не могли быть отре­ монтированы из-за большого количества дефектов. Послед­ ний после подъема отремонтировали и опустили в скважи­ ну с Г = 45 мъ\т и Р = 170 кгс/см2, где он проработал еще 433 дня. Таким образом, кроме газового фактора и часто­ ты спуско-подъемов, на срок службы кабеля, очевидно, влияют и другие факторы: температура, давление, состав среды, заполняющей скважину, технология эксплуатации кабеля.

Для проверки механизма разрыва оболочек и критиче­ ского перепада давлений на образцах серийного кабеля КРБК сечением 3x16 мм2 провели следующий эксперимент: один конец образца надежно герметизировался, другой вводился в сосуд высокого давления, место соприкосновения корпу­ са сосуда с кабелем также надежно герметизировалось. Гидростатическое давление ступенями по 10 кгс/см2 подни­

Значение з1кр, полученное выше, приблизительно в 7,5 раз превышает максимально-допустимое напряжение (отах) для полихлоропреновой резины (см. гл. I). Это, видимо, объяс­ няется тем, что Umax соответствует механическим характе­ ристикам только полихлоропреновой оболочки, без учета упругих свойств подушки и брони (окр их учитывает). Ркр вызывает расширение и деформацию оболочки, вследствие чего нарушаются замковые соединения в броне и давление разряжается в образовавшиеся щели.

Полученную величину Ркр, скорректированную с учетом соотношения диаметров молекул воды и углеводородных газов, можно использовать для ориентировочных расчетов допустимых скоростей подъема кабелей из скважин.

Поскольку молекулы газов обладают большей проникаю­ щей способностью, чем молекулы воды, можно ожидать,

1 В процессе эксплуатации кабеля Ркр и акр уменьшаются.

40а