телям, следует ожидать снижения применения кабелей с изоляцией из радиационно-модифицированного полиэтилена. По состоянию на 2005-2006 гг. изготовление кабелей с радиационно — модифициро­ ванной изоляцией освоено ЗАО «Росскат» с применением для второго слоя различных полимерных материалов. В ближайшие годы следу­ ет также ожидать, что объемы использования кабелей с изоляцией из полиэтилена, сшитого указанными способом, будут зависеть от совместной работы изготовителей силовых кабелей, НК и сервисных предприятий по комплексному сервису УЭЦН.

8.6. Силовые кабели с изоляцией из силаносшиваемого полиэтилена

Анализ тенденций развития мировой кабельной техники за 80—90-е годы в части расширения номенклатуры кабельных изделий и повы­ шения качества продукции, улучшения технико-экономических по­ казателей последней, решения проблем экологии и прочее показыва­ ет, что приоритетным направлением при решении указанных проблем является применение силаносшиваемого полиэтилена для изоляции кабелей и проводов общепромышленного и специального назначе­ ния. По предприятиям кабельной отрасли России наибольшие объ­ емы применения силаносшиваемого полиэтилена в кабельных изде­ лиях на рубеже веков приходятся на силовые кабели низкого напря­ жения и самонесущие изолированные провода. В первой половине текущего десятилетия на ряде кабельных предприятий нашей страны введено в эксплуатацию новейшее кабельное оборудование и начато освоение серийного производства силовых кабелей с изоляцией из силаносшиваемого полиэтилена (SXLPE) на напряжение до ЮкВ.

Одним из инициаторов применения силаносшиваемого маслостой­ кого полиэтилена высокой плотности для изоляции силовых кабелей на напряжение 3,3 кВ со второй половины 90-х годов является ОАО «Камкабель». Проблема применения указанного изоляционного материала для изоляции кабельных изделий низкого напряжения данным предприяти­ ем рассматривалась при сотрудничестве со специалистами ряда фирм Германии, Швейцарии, Финляндии, производителями технологическо­ го оборудования для изготовления кабельных изделий различного на­ значения с изоляцией SXLPE. Отдельные зарубежные фирмы обеспе­ чили прививку силана к полиэтилену высокой плотности, полученному из России, изготовили образцы кабельных изделий с изоляцией из по­ лученного материала и провели сравнительные лабораторные испыта­

ния с кабельными изделиями, имеющими изоляцию из SXLPE низкой плотности. Получены положительные результаты. Партия термоплас­ тичного полиэтилена высокой плотности из России была поставлена в Финляндию, на одной из фирм которой произведена прививка силана к полиэтилену. Последний был возвращен на АО «Камкабель» [90].

На Камском кабельном заводе во второй пятилетке 90-х годов из­ готовлена промышленная партия плоского кабеля с изоляцией из SXLPE высокой плотности, проведены лабораторные исследования, а затем были обеспечены промысловые испытания на скважинах. Пер­ вые километры кабеля были применены для кабелей-удлинителей не­ скольких сотен кабельных линий. Получены удовлетворительные ре­ зультаты и в дальнейшем начато применение кабелей подобного типа для кабельных линий УЭЦН.

Согласно нормативной документации на кабели силовые напря­ жением 3,0 кВ общепромышленного назначения при данном классе напряжения номинальная толщина изоляции из полиэтилена со сши­ той структурой должна быть 2,0 мм. Учитывая экстремальные условия монтажа кабельных линий, эксплуатации, демонтажа, номинальная толщина двухслойной изоляции из SXLPE для кабелей УЭЦН приня­ та 2,6 мм. Сведения о конструктивных параметрах кабелей представ­ лены в табл. 8.12. Схематические разрезы кабелей плоского и круглого типа даны на рис. 8.2.

Сотни километров кабелей были изготовлены с изоляцией обоих слоев из SXLPE. Учитывая опыт применения кабелей с изоляцией из радиационно-модифицированного полиэтилена (первый слой) и блоксополимера пропилена с этиленом (второй слой), АО «Камка­ бель» разработаны и поставлены на промыслы кабели с изоляцией первого слоя из силаносшиваемого полиэтилена, второй — блоксополимер. Преимущества кабелей с изоляцией из силаносшиваемого по­ лиэтилена, поставленных в НК «ЛУКОЙЛ» и ОАО «Сургутнефтегаз»:

—термостойкость (до 120°С);

—улучшенная адгезия к металлу жилы и меньшая усадка;

-улучшенные механические характеристики — прочность на раз­ рыв и сопротивление разрушению при нагрузке, меньшая деформа­ ция под нагрузкой, износостойкость, ударопрочность и стойкость к растяжению;

— лучшие диэлектрические свойства (электрическая прочность, токи утечки);

— высокая химическая устойчивость (сшитый полиэтилен набу­ хает, но не растворяется в растворителях), низкая диффузия водяно­ го пара; повышение морозостойкости (повышенная ударопрочность при низких температурах), возможность прокладки кабелей при более низких температурах без предварительного прогрева; имеется инфор­ мация о прокладке кабеля на напряжение 10 кВ с изоляцией из XLPE (пероксидное сшивание, рассматриваемое в последующих параграфах данного справочника) в Финляндии при температуре минус 40°С без предварительного прогрева, работы выполнялись во второй половине 80-х годов и по качеству кабеля замечаний нет;

— сшивание первого и второго слоя изоляции из SXLPE между со­ бой при проведении технологического процесса сшивания в среде па­ ра или горячей воды; высокое качество адгезии между слоями;

— возможность снижения толщины изоляции и уменьшения раз­ меров кабельных изделий, что важно для повышения их надежности при монтаже, эксплуатации, демонтаже в составе УЭЦН и др.

Влабораториях АО «Камкабель» проведены сравнительные испы­ тания кабелей с разными видами изоляции и в том числе с изоляцией SXLPE в части электрических и термомеханических характеристик кабельных изделий различных типов для кабельных линий УЭЦН. Результаты представлены в последующих параграфах данной главы. Сведения о полиэтиленах со сшитой структурой, получаемой различ­ ными способами, даны в параграфе по материалам кабельного произ­ водства. По состоянию на второе полугодие 2003 г. срок службы кабе­ лей с изоляцией SXLPE высокой плотности в составе УЭЦН состав­ лял 600—900 суток. Эксплуатация продолжалась до замены силовых кабелей на кабели с другими видами изоляции и в первую очередь на изделия с изоляцией из блоксополимера пропилена с этиленом, вы­ полненной по совмещенной технологии наложения.

Перспективы применения изоляции из силаносшиваемого поли­ этилена в силовых кабелях на напряжение 3,3 кВ, применяемых в со­ ставе УЭЦН, зависит от совместной работы специалистов кабельных заводов, нефтедобывающих компаний и сервисных предприятий по обслуживанию УЭЦН.

8.7.Силовые кабели в свинцовой оболочке

В80-х годах при проведении работ по расширению номенклатуры силовых кабелей для питания ПЭД Всероссийским НИИ кабельной промышленности совместно с изготовителями нефтекабелей разра­ ботаны кабели с изоляцией из полиимидно — фторопластовых пле­ нок и экструдированного фторопласта в свинцовой оболочке по каж­ дой изолированной жиле. По новым разработкам института 500 км кабелей различных конструкций, в том числе и со свинцовыми обо­ лочками, было поставлено на промысловые испытания. При испыта­ ниях получены положительные результаты. Однако данные кабели не были востребованы в значительных объемах на скважинах, эксплуа­ тируемых в указанный период, т.к. общее количество скважин с тем­ пературой скважинного продукта около 100°С и выше было незначи­ тельно. По состоянию на 2002 год потребителям предлагались кабели марки КИФСБП-160 (ТУ 16.К71-014-2002 «Кабели с фторопластовой изоляцией теплостойкие для установок погружных электронасосов»),

Рис.8.8. Схематический чертеж поперечного сечения теплостойкого кабеля

в свинцовой оболочке:

а) — с фторопластовой изоляцией; б) — с резиновой изоляцией; 1 — токопроводя­ щая жила; 2 — первый слой изоляции; 3 — второй слой изоляции; 4 — оболочка из свинцового сплава; 5 — подушка; 6 — броня; 7— резиновая изоляция; 8 — оплетка из термостойких нитей

кабельного предприятия, производящего нефтекабели и имеющего производственные мощности по производству кабельных изделий с различными видами резиновой изоляции, а также свинцовый пресс типа III, обеспечивающий наложение оболочки на заготовку диамет­

ром порядка 6 мм и выше. За последние 3—4 года на ОАО «Камкабель» в отношении освоения серийного производства силовых теплостой­ ких кабелей различных модификаций и в том числе со свинцовой оболочкой выполнены следующие работы:

—приобретена и введена в эксплуатацию современная техноло­ гическая линия (изготовлена в Германии) для наложения резиновой изоляции из различных модификаций резин и в том числе на основе этиленпропиленовых каучуков;

—проведены [90] и проводятся сравнительные испытания силовых кабелей, изготовленных в России и за рубежом;

—исследована серия изоляционных резин собственной разработ­ ки и ряда зарубежных фирм в части их применения для изоляции си­ ловых кабелей УЭЦН;

—в планах технического перевооружения на 2006 год предусмот­ рено проведение работ по модификации свинцового пресса с целью обеспечения наложения свинцовых оболочек необходимой толщины при диаметре изделия под оболочку от 6 мм и выше.

Впериод проведения международной выставки «Нефть. Газ-2006» (г. Москва, Красная Пресня, июнь2006 с) на стенде ОАО «Камкабель» была представлена серия новых марок (видов) теплостойких кабелей для кабельных линий УЭЦН. Для эксплуатации при температуре на­ грева токопроводящих жил до 230*С разработчиком и изготовителем предлагается кабель марки КЭСБП-230 с медными луженными жила­ ми, с резиновой изоляцией на основе этиленпропиленовых каучуков,

воболочке из свинцового сплава, с защитным слоем по каждой обо­ лочке, бронированный, плоский.

В2003—2005 гг. ОАО «Всероссийский НИИ кабельной промыш­ ленности» по заказу ЗАО «НОКИС* (нефтепогружное оборудование, комплектация и сервис) и при поддержке последнего выполнены работы по разработке серии силовых теплостойких кабелей со свин­ цовой оболочкой либо без нее для кабельных линий УЭЦН. Органи­ зованно производство теплостойких кабелей при кооперации между отдельными предприятиями по производству кабельной продукции. Работы выполнены с учетом рекомендаций Американского нефтя­ ного института API RP 118593, API RP 118695 по конструктивному исполнению, техническим характеристикам и эксплуатационным свойствам на кабели, применяемые в составе установок для добычи нефти; требований ГОСТ 51777-2001. Сведения о кабелях в свинцо­

используемыми в кабелях от других стран. Параметры российского сплава рассмотрены в данной главе.

Таблица 8.16

8.8.Сведения о новых разработках по силовым кабелям за 2004—2006гг. для кабельных линий УЭЦН

Вприложении к данной публикации представлены рекламные материалы от ряда разработчиков, изготовителей и поставщиков оборудования, материалов, применяемых при добыче нефти. В от­ ношении кабелей и проводов, используемых в технике и технологии добычи нефти, информация дана от ОАО «Камкабель», ЗАО «Сибкабель», ЗАО «НОКИС» и ОАО «ВНИИКП», ЗАОр «НП «Подольсккабель», ООО «Пермгеокабель», ООО «Научно-производствен­ ная фирма «БИТЕК» и др. Отличительной особенностью кабельной продукции для кабельных линий УЭЦН, применяемой за 2006 год, является:

1.Обеспечение поставок от некоторых изготовителей силовых ка­ белей с медными лужеными жилами [61]. Имеется возможность изготовления кабелей с покрытием токопроводящих жил нике­ лем [64];

2.Примерно 25—30% от общего объема применения нового кабе­ ля в составе УЭЦН по итогам года приходится на кабели с изо­ ляцией, выполненной по совмещенной технологии наложения первого и второго слоя [90];

3.Для второго слоя изоляции (оболочки) отдельными изготовите­ лями начато применение новых материалов: тефаблок, экстру­ дированный полиуретан и др. [69];

4.По заказам потребителей обеспечиваются поставки кабелей с броней из ленты нержавеющей стали [66]’

Широкую номенклатуру кабелей и проводов специального и об­ щепромышленного назначения, применяемых в нефтегазовой ин­ дустрии, предлагает ОАО «Камкабель» [61]. Отдельные виды ка­ бельной продукции специального назначения представлены в рек­ ламе данного предприятия, данной в приложении к справочнику. Одним из новых видов продукции являются кабели марки КПпТфП-150, в которых на первый слой изоляции из блоксополимера пропилена с этиленом накладывается слой изоляции из тефаблока. По вопросамраз­ работки, исследований, производства и эксплуатации силовых кабелей на напряжение 3,3 кВ специалистами ОАО «Камкабель» сделаны многие десятки публикаций в различных журналах, сборниках нефтегазового, электротехнического и других профилей за годы текущей пятилетки.

Для эксплуатации при допустимой температуре нагрева токопрово­ дящих жил до 150°С ЗАО «Народное предприятие «Подольсккабель» изготовляет кабели марки КПсТБП-150, КПсТБК-150 с изоляцией первого слоя из радиационно-модифицированной композиции, вто­ рого — термопластичный эластомер. Кабели с коррозионностойким бронепокровом (мельхиоровое или латунное покрытие) имеют мар­ ку КПсТБкП-150, КПсТБкК-150. Рекламные материалы отданного предприятия размещены в приложении к справочнику; некоторые параметры по теплостойким кабелям даны в табл. 8.18. [70].

Таблица 8.18

В 2006 г. ЗАО «Сибкабель» выполнило постановку на производство нового кабеля марки КПпфвБП-130 с основной изоляцией из блоксополимера пропилена с этиленом с защитным покрытием поверх изоляции из фторопластовой и поливинилхлоридной лент. За период 2004—2005гг. данное предприятие поставило для эксплуатации поряд­ ка 60км указанного кабеля. При эксплуатации кабеля более 400 суток набухание изоляции отсутствует. Кабель изготавливается по ТУ 16. К73.075-2006 «Кабели с защищенной полипропиленовой изоляцией для установок погружных электронасосов». В рекламных материа­ лах от ЗАО «Сибкабель», размещенных в приложении к справочнику, дана информация о номенклатуре кабельной продукции от данного предприятия.

8.9. Допустимые токи нагрузки силовых кабелей в составе УЭЦН Вопрос о предельно допустимой температуре нагрева кабеля имеет

большое значение, так как от нее зависят нагрузочная способность, срок службы и надежность работы кабельного изделия. Длительно до­ пустимый ток нагрузки кабельной линии установки УЭЦН зависит от конструкции кабеля, условий его эксплуатации и определяется [14] по формуле:

где Тж— длительно допустимая температура нагрева жил кабеля, °С; Тср— температура окружающей среды,°С;

SK— тепловое сопротивление кабеля,°С м-Вг';

Scp— тепловое сопротивление окружающей среды,°С-м-Вт ‘;

RT— электрическое сопротивление токопроводящей жилы на дли­ не 1 м при длительно допустимой температуре нагрева жилы, Ом. Оп­ ределяется по формуле:

где У— номинальное сечение токопроводящей жилы, мм2; Р20 — удельное электрическое сопротивление материала токопро­

водящей жилы: для меди

— 0,0172, Ом-мм2/ м;

а — температурный коэффициент электрического сопротивления материала токопроводящей жилы; для меди 3,93Т0'3 °С ‘.

Длительно допустимая температура нагрева жил кабелей устанав­ ливается в зависимости от материалов изоляции и оболочек и ука­ зывается в технических условиях на кабели конкретных марок. Для кабелей с различными материалами изоляции и оболочек длительно допустимая температура нагрева жил кабеля должна быть не более значений, указанных в табл. 8.19. Для кабелей с разнородными мате­ риалами слоев изоляции и оболочки допустимая температура нагрева жил устанавливается по материалу с меньшей нагревостойкостью.

Таблица 8.19

Длительно допустимая температура нагрева Материал изоляции и оболочек

жил кабеля, °С, не более

120Изоляция и оболочки из вулканизированного полиэтилена высокой плотности, сополимеров и блоксополимеров пропилена

200Полиимидно-фторопластовая изоляция, изоляция и оболочки из резины на основе этиленпропиленового каучука, а также оболочки из свинца и его сплавов

Примечание: для плоского кабеля значения Д. и D„ определяются через отношения к числу «к» соответственно периметра поверх уложенных вместе изолированныхжил и наружного периметра подушки под броней.

Тепловое сопротивление кабеля с двухслойной изоляцией из ма­ териалов с разными удельными тепловыми сопротивлениями, обо­ лочками, бандажами поверх оболочек, с подушкой под броней в виде обмотки лентами и/или оплетки определяется по формуле:

где: a„i — удельное тепловое сопротивление материала первого слоя изоляции, °С м В т';

аи2— то же второго слоя изоляции;

а0— то же материала оболочки;

аб— то же материала бандажа поверх оболочки; а„ — то же материала подушки под броней;

d — номинальный диаметр токопроводящей жилы, мм;

d\ — номинальный наружный диаметр первого слоя изоляции,

мм;

d2— то же второго слоя изоляции;

d0— номинальный наружный диаметр по оболочке жилы, мм;

d6 — номинальный наружный диаметр бандажа поверх оболочки жилы, мм;

Д. — номинальный наружный диаметр по скрутке изолированных жил, мм;

Д —номинальный наружный диаметр подушки под броней, мм. Тепловое сопротивление кабеля для случая выполнения двухслой­ ной изоляции из материала с равным удельным тепловым сопротив­

лением определяется по формуле:

Если слои изоляции и оболочки выполнены из материалов с рав­ ным удельным тепловым сопротивлением, то тепловое сопротивле­ ние кабеля определяется по формуле:

Для кабеля с контрольными жилами или заполнением между ос­ новными жилами, с подушкой под броней в виде обмоток лентами или оплеток тепловое сопротивление определяется по формуле:

б) для плоского кабеля

Тепловое сопротивление окружающей среды при теплоизлучении в газовоздушной среде скважины:

а) для круглого кабеля

Значения удельных тепловых сопротивлений, применяемых при расчете допустимых токовых нагрузок, регламентированы ГОСТ Р 51777-2001 и приведены в табл. 8.20.

Таблица 8.20

Методика расчета длительно допустимых токов нагрузки различ­ ных типов кабелей производства предприятий России разработана