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

го кабеля КРБК-В и плоского ф. „REDA“ показывает, что после 24-часового пребывания в агрессивных средах (бен­ зин, соляровое масло) при нормальной температуре физико­ механические характеристики защитной оболочки КРБК-В несколько выше. Сопротивление изоляции плоского кабеля

в интервале температур 30—90°С меняется незначительно,

ау КРБК-В резко снижается, оставаясь, однако, в преде­ лах допустимой величины (> 3 Мои ■км). Пробивное на­

пряжение импортного кабеля в 1,4 раза ниже, чем у КРБК-В (37,6 кв против 53). Защитные оболочки как импортного плоского, так и отечественного кабеля КРБК-В поддержи­ вают горение.

Дальнейшее усовершенствование кабелей для электро­ питания погружных насосов возможно, по крайней мере, в двух направлениях. Первым из них является изыскание но­ вых конструкционных материалов, в первую очередь, за­ щитных, обеспечивающих работоспособность кабеля в неф­ тяных скважинах с высоким газовым фактором, а также повышающих их эксплуатационную надежность при работе в агрессивных средах. По-видимому, первыми в ряду этих конструкционных материалов можно считать модифициро­ ванные полиэтилены низкого или среднего давления, не распространяющие горения (например, хлорсульфированные ПЭНД или ПЭСД), а также сшитые полиэтилены, материа­ лы для брони, стойкие к воздействию агрессивных скважин­ ных сред и т. д.

Второе направление — конструктивное усовершенствова­ ние. В частности, имеется в виду искусственное увеличе­ ние газостойкости кабелей с резиновой изоляцией путем наложения поверх нее оболочек с повышенной газостой­ костью (например, ПЭНД), металлических гибких (гофри­ рованных) свариваемых или комбинации металлических и пластмассовых газозащитных оболочек. Если кабель с ре­ зиновой изоляцией с искусственно повышенной одним из перечисленных способов газостойкостью будет работоспо­ собным в скважинах с высоким газовым фактором, то воз­ можна реальная предпосылка для создания его универсаль­ ной конструкции. Впрочем, эта предпосылка существует и в первом случае. До создания надежной универсальной конструкции, очевидно, существующие кабели можно диф­ ференцировать по условиям эксплуатации: в скважинах с газовым фактором до 50—60 мъ/т нефти должны приме­ няться кабели с резиновой изоляцией, а выше 50—60 м3/т— с пластмассовыми изоляцией и защитной оболочкой.

для осуществления перечисленных мероприятий. В обоих случаях важен вопрос об экономической целесообразности усовершенствования и дефицитности применяемых материа­ лов. В этом плане представляет интерес вопрос о возмож­ ности применения при изготовлении жил кабелей КРБК алю­ миния взамен меди, так как при применении его в кабелях типа АПРГД для электродуговой сварки и кабелей типа АКРПТ для электропитания передвижных токоприемников получены хорошие результаты. Алюминий как заменитель меди в последние годы находит все более широкое приме­ нение в токопроводящих жилах ряда проводов и кабелей. Одновременно он успешно заменяет свинец в защитных оболочках силовых кабелей с бумажной пропитанной изо­ ляцией.

В результате изучения условий эксплуатации кабелей с медными токопроводящими жилами с учетом физико-меха­

Технические данные кабелей с алюминиевыми жилами

* Здесь шланговая и изоляционная оболочки совмещены; материалрезина ТСШ-35.

82

Волочение алюминиевых проволок „нулевых“ размеров для изготовления гибких кабелей производилось на воло­ чильной машине типа „Ювель“ 90-6 со скольжением. Пер­ воначально для волочения применялась эмульсия, рекомен­ дованная ВНИИКП, однако ее состав пришлось изменить из-за обрывов, шишек и рисок.

В результате экспериментальных работ получили эмуль­ сию, обеспечившую волочение алюминиевой проволоки до диаметра 0,5 и состоявшую из воды, веретенного и касто­ рового масел, олеиновой кислоты и триэтаноламина.

Непременным условием волочения алюминиевой прово­ локи „нулевых“ размеров является тщательная очистка во­ лочильной машины и бака перед заливкой эмульсии; тяго­ вые шайбы и конусы машины следует хорошо полировать. Заправка проволоки должна обеспечивать минимальное скольжение.

При волочении применили победитовые фильеры с наи­ большим углом конуса (2a=20-f- 24°). Волочение проволоки диаметром 0,58 производилось в 11 проходов по м аршруту: 1,55 — 1,40 — 1,27 — 1,15 — 1,04 — 0,94 — 0,85 — 0,71— 0,69 —

не обеспечивают необходимого качества и надежности мес­ та сростки алюминиевых проволок „нулевых“ размеров, сконструировали и изготовили опытную установку, исклю­ чающую недостатки ультразвукового паяльника и совмещаю­ щую одновременно процессы лужения и пайки.

Алюминий, являясь химически активным металлом, при соприкосновении с кислородом мгновенно окисляется. Плен­ ка окиси алюминия инертна и очень плохо смачивается расплавленным металлом, что вызывает необходимость пред­ варительного удаления ее при пайке. Однако сделать это с помощью обычных флюсов нельзя, применение же фтор­ содержащих флюсов нежелательно. При механическом уда­ лении пленки с поверхности проволоки происходит практи­ чески мгновенное образование новой. Следовательно, ее удаление должно производиться непосредственно в момент пайки, заставив частицы припоя колебаться с ультразвуко­ вой частотой порядка 18—24 кгц. Ультразвуковые колеба­ ния приводят к процессу образования и захлопывания пу­ зырьков в расплавленном припое (явление кавитации).

Подлежащие пайке проволоки, предварительно изогну­ тые и подрезанные радиально, закрепляются в профильных зажимах 5 (рис. 9, а), установленных на площадке. Послед­ няя вниз перемещается при помощи рукоятки, а вверх — пружины самовозврата. При нажатии рукоятки установлен-

63

Ные встык проволоки Погружаются в ванночку 4 с расплав­ ленным припоем, частицы которого колеблются с ультра­ звуковой частотой.

Ванночка находится в стальном концентраторе 3, при­ крепленным к никелевому магнитострикционному пакету 2;

О -

Рис. 9. Технологические устройства для изготовления кабелей с алюминиевыми жилами:

а-ультразвуковая установка для пайки алюминиевых проволок нулевых размеров; б—специальный дорн.

на последнем имеется обмотка возбуждения, подключаемая к генератору ультразвуковых колебаний. Магнитострикционный пакет помещен в латунном стакане 1, который имеет гофрированную поверхность для увеличения теплоотдачи. Внутренняя полость стакана заполняется трансформаторным

64

эксплуатировалась в весьма сложных, подчас аварийных условиях. В частности, его использовали со сварочным аг­ регатом АСБ-30 на электросварочных работах в котлованах, сильно обводненных минерализованной водой, он подвергал­ ся наездам транспорта и ударам. Сначала кабель эксплуатиро­ вался неправильно: крепление алюминиевой токопроводя­ щей жилы производилось непосредственно к электрододер­ жателю (без медного отрезка) и место крепления не изо­ лировалось, что приводило к выносу потенциала на поверх­ ность кабеля, покрытую минеральным илом. Кроме того, из-за плохого контакта в месте крепления к электрододер­ жателю жила сильно нагревалась, что вызывало оплавление отдельных проволок, а затем и всей жилы.

В процессе эксплуатации кабеля в менее обводненных местах и при более надежном креплении к электрододер­ жателю указанных явлений не наблюдалось. Дополнитель­ ные эксплуатационные испытания АПРГД 1 X 70 мм2 с полной нагрузкой сварочного агрегата АСБ-30 при оконцевании и соединении кабеля согласно инструкции не выя­ вили нагрева его; качество сварки хорошее.

Опытная партия кабелей марки АКРПТ 1X25 и 1X35 мм2 с 1960 г. находится в промышленной эксплуатации на од­ ном из экскаваторных заводов. Кабели используются в комп­ лекте со сварочными преобразователями ПС-500, сварочны­ ми трансформаторами СТАН-500 и др. при дуговой сварке на различных объектах, в том числе в сборочном цехе. За­ ключение о работе кабелей положительное.

Для создания относительной равнопрочное™ алюминие­ вой и медной жил необходимо освоение кабельными заво­ дами волочения алюминиевой проволоки диаметром 0,4 мм и менее.

Сравнительные технико-экономические показатели кабе­ лей ПРГД, КРПТ и АКРПТ по эквивалентным (по про­ водимости) сечениям приведены в табл. 13, из которых вы­ текает следующее.

Замена меди на алюминий в гибких кабелях для электро­ дуговой сварки марки АПРГД при меньших производствен­ ных затратах и аналогичных эксплуатационных характерис­ тиках дает уменьшение веса кабеля на 31,7% и снижение стоимости на 37,5%; в кабелях марки АКРПТ вес уменьша­ ется на 10,8%, а стоимость—на 19%. С увеличением сече­ ния кабеля, медные жилы которого заменяются на алюми­ ниевые, экономия увеличивается.

Наряду с применением многопроволочных жил, по-види­ мому, не следует исключать возможности применения в си­ ловых кабелях для электропитания погружных нефтенасосов и однопроволочных жил. Кроме известных преимуществ,

№

Т а б л и ц а 13

Технико-экономические характеристики кабелей ПРГД и АПРГД

в случае применения однопроволочных жил значительно (на 30-у60%) увеличивается напряжение начала ионизации [179], что очень важно в случае передачи по кабелю повы­ шенных напряжений.

Положительный опыт применения токоведущих жил из чистого алюминия (сравнительно малопрочных) в рассмот­ ренных типах гибких шланговых кабелей позволяет перей­ ти к широкому внедрению алюминиевых жил, особенно из сплавов алюминия, в ряде других кабелей, в том числе КРБК.

Замена медных жил на алюминиевые — не единственный способ удешевления рассматриваемых кабелей. Имея в ви­ ду, что применяющиеся в настоящее время методы защиты стальной бронеленты не обеспечивают ей достаточной кор­ розионной стойкости, а использование нержавеющей ленты проблематично как по технологическим причинам, так и в результате ее дефицитности, можно признать перспективны­ ми исследования, направленные на замену стальной оцин-

W

кованной ленты для брони на алюминиевую, покрытую со­ ответствующими защитными материалами.

Расширение географии использования кабелей для неф­

риалы, используемые в кабелях для геофизических работ в скважинах (см. гл. III).

Можно ожидать, что кабели для работы в глубоких скважинах будут иметь отличную от традиционных конст­ рукцию. Это связано, с одной стороны, с возможным пере­ ходом на питание электродвигателей погружных нефтенасо-

видоизменением брони в направлении повышения ее защит­ ных функций (предотвращение повреждения изоляции ме­ ханическим путем или вследствие вздутия). В результате кабель для электропитания погружных нефтенасосов по конструкции, возможно, будет напоминать бронированный каротажный. Кроме того, нельзя отрицать принципиальной возможности применения шлангокабеля, осуществляющего одновременно функции питающего кабеля для двигателя, трубы для откачки нефти и грузонесущего каната для под­ вески к нему насосного агрегата.

Наряду с кабелями в нефте-газовой промышленности при­ меняется ряд одно-и многожильных проводов. К их числу относятся ГПМП, ГПСМП, ГПСМПО, ПСВВ, РТП, РТПО, ПСРВ, ПСРП для работы (геофизические исследования) в полевых условиях, ПВВП — для водопогруженных электро­ двигателей и др. Первые три имеют изоляцию из ПЭНД,

ПСВВ и ПВВП — ПВХ, РТП и РТПО — изоляционной ре­ зины. Жилы проводов ГПСМП, ГПСМПО, РТП, РТПО, ПСРВ, ПСРП - стале-медные. Провода ГПМП, ГПСМП, ГПСМПО, ПСВВ, ПВВП — одножильные, РТП-2, РТПО — двух-или четырехжильные, ПСРВ и ПСРП — одноили двухжильные. Температурные диапазоны использования про­ водов следующие: для ГПМП, ГПСМП, ГПСМПО — от —50 до + 50ÜC, ПСВВ, ПСРВ, П С Р П -о т - 4 0 до Д50°С, РТП и РТПО - от - 40 до + 60°С, ПВВП - от - 35 до + 50°С.

88

§ 4. О ПРИНЦИПАХ КОНСТРУИРОВАНИЯ ГРУЗОНЕСУЩИХ КАБЕЛЕЙ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТ В СКВАЖИНАХ

К кабелям, используемым для работы в скважинах, предъявляется ряд жестких требований, обусловленных спе­ цифическими условиями эксплуатации. Обеспечение их эк­ сплуатационной надежности при работе в этих условиях возможно в случае, если каждый элемент конструкции име­ ет определенный запас прочности. Обычно это достигается,

ных конструкционных материалов. Применение сплавов для токопроводящих жил, модифицированных полимеров для изоляции и высокопрочных проволок для брони открывает широкие возможности миниатюризации каротажных кабелей.

Необходимым условием рационального конструирования как грузонесущих, так и других кабелей является возможно более точный учет условий их эксплуатации и особенностей работы элементов. Так, при учете характера распределения

Рис. 10. Зависимость удельного сопротивления изоляции из резины ТС-45 № 2 (1), фторлона40Ш (2), облученного в аргоне до дозы МОМрад, ПЭВД (3), фторлона-4Д (4) и фторлона-4 (5) от температуры.

89