Кабель электрический для установок погружных нефтенасосов

Кабель для установок погружных электронасосов с изоляцией из блоксополимера пропилена с этиленом с тремя медными жилами и двухслойной изоляцией. Номинальное рабочее напряжение переменного тока номинальной частоты 70 Гц - 3,3 кВ. Первый слой из блоксополимера пропилена с этиленом стойкого к воздействию ионов меди. Второй слой - из блоксополимера пропилена с этиленом, стойкого к воздействию повышенных температур. Кабели могут быть плоскими или круглыми. Все кабели бронируются либо стальной оцинкованной лентой, либо лентой стальной коррозионностойкой. Изолированные жилы круглого кабеля должны быть скручены. Скрутка жил должна быть произведена с заполнителями из сополимера пропилена с этиленом или резины (может быть скрутка без заполнителей). Поверх скрученных или параллельно уложенных в одной плоскости изолированных жил кабеля продольно проложена маркировочная лента и наложена подушка под броню. Допускается прокладка ленты поверх подушки. Подушка под броню выполнена в виде обмотки с перекрытием не менее 40% лентами из нетканого полотна или ткани прорезиненной невулканизированной. Кабели должны быть стойкими к воздействию смены температур от минус 60°C до длительно допустимой температуры нагрева жил, а допустимая величина усилия обжатия для двухслойной изоляции должна быть не менее 0,2 кН.

Полезная модель относится к кабельной отрасли промышленности, а именно, к конструкциям кабелей, предназначенных для подачи электрической энергии к электродвигателям установок добычи нефти, водоподъема и перекачки жидкости из шурфов, резервуаров и водоемов на номинальное переменное напряжение до 3,3 кВ частоты 70 Гц.

Известно, что добыча углеводородного сырья сопровождается борьбой с обводненностью нефти, газовыми факторами, парафино- и солеотложениями, а также воздействием агрессивных веществ на оборудование и трубопроводы. Положение усугубляется еще и тем, что доля скважин глубиной более 2000 метров и осложненных газовым фактором постоянно увеличивается, а это значит, что увеличивается тепловая нагрузка на детали и рабочие органы установок электроприводных центробежных насосов (УЭЦН). Установлено, что одной из главных причин (более 30%) отказов работы УЭЦН является нарушение изоляционного слоя электрокабеля, связанное с недостаточным ресурсом, конструктивными недостатками или несоответствием свойств, применяемых полимерных материалов современным требованиям нефтяников.

Традиционно используемая в изоляции резина не может обеспечить работоспособность и надежность кабеля в таком температурном диапазоне, поэтому для изоляции кабеля для установок погружных электронасосов используются термоэластопласты, которые обладают характеристиками, необходимыми для обеспечения надежности работы электрокабелей погружных электронасосов. Известно использование в изоляции электрокабелей погружных электронасосов такого термоэластопласта как блоксополимер пропилена с этиленом. Этот материал обладает отличными диэлектрическими параметрами, климатической и химической стойкостью: при высоких температурах - к щелочам, кислотам, растворам солей, растительным и минеральным маслам; при комнатной температуре - к органическим растворителям; блоксополимер имеет низкое влагопоглощение, благодаря этим свойствам все изделия из данного материала могут долго находиться в жидких агрессивных средах, также блоксополимер обладает значительной ударопрочностью, пониженными твердостью и жесткостью, повышенной износостойкостью. Для защиты изоляции применяют внешнюю оболочку или второй слой изоляции.

Из предшествующего уровня техники известны следующие аналоги электрических кабелей для установок погружных электронасосов с изоляцией из термоэластопластов: Кабель для погружных электронасосов по ТУ 16-505.129-2002 (информационно-технический сборник «Изделия кабельные», т. 6 «Кабели и провода различного назначения», часть 2, изд. ОАО «ВНИИКП», г. Москва). Основным недостатком этой конструкции кабеля является низкая стойкость к воздействию нефтяной среды (протокол испытаний 6 от 10 апреля 2008 г., ЦЗЛ ОАО «РОССКАТ»). Известен также кабель электрический по патенту Российской Федерации на полезную модель 61461, МПК H01B 7/00, предназначенный для подачи электрической энергии к погружным электродвигателям установок добычи нефти, водоподъема и перекачки жидкостей из шурфов. Кабель содержит три токопроводящие жилы, два слоя изоляции из композиции блоксополимера (сополимера) пропилена с этиленом. Поверх второго слоя изоляции наложена дополнительная изоляция из лент полиэтилентерефталатной пленки для защиты основной изоляции от непосредственного воздействия скважинной жидкости и газового фактора. Дополнительная изоляция из лент полиэтилентерефталатной пленки обладает повышенной прочностью и стойкостью к химическим воздействиям, позволяет увеличить рабочие температуры и повысить срок службы кабеля. Недостатком является невысокая долговечность в условиях его эксплуатации из-за процесса старения полимерной изоляции при контакте с медной жилой, ускоряющем этот процесс.

Наиболее близкой конструкцией кабеля для погружных электронасосов является конструкция, служащая прототипом для заявляемой полезной модели, защищенная патентом РФ 14473 МПК H01B 7/18 или патентом РФ 79212 МПК H01B 7/08 с двухслойной изоляцией из блоксополимера пропилена с этиленом, включающего 0,1-0,6 мас.% дезактиватора меди. Данная конструкция кабеля позволяет использовать кабель в условиях нефтяных скважин, т.к. изоляция и оболочка (или второй слой изоляции) из блоксополимера пропилена с этиленом с дезактиватором меди устойчивы к воздействию нефтяной среды и позволяют избежать ускоренного процесса старения изоляции при контакте с медной жилой.

Задача, на решение которой направлено заявленное техническое решение заключается в расширении арсенала технических средств в данной области, а также снижение себестоимости электрического кабеля для установок погружных электронасосов при сохранении высоких эксплуатационных характеристик.

Данная задача достигается за счет того, что бронированный с подушкой под броню электрический кабель для установок погружных электронасосов, состоит из трех медных, скрученных между собой или уложенных в одной плоскости изолированных токопроводящих жил, каждая из которых находится в двухслойной изоляции, причем первый слой изоляции выполнен из блоксополимера пропилена с этиленом стойкого к воздействию ионов меди, второй слой изоляции выполнен из композиции блоксополимера пропилена с этиленом, устойчивых к воздействию повышенной температуры, а допустимая величина усилия обжатия для двухслойной изоляции не менее 0,2 кН.

Скрутка жил произведена с заполнителями из сополимера пропилена или резины, поверх скрученных или параллельно уложенных в одной плоскости изолированных жил кабеля продольно проложена маркировочная лента, подушка под броню выполнена в виде обмотки с перекрытием не менее 40% лентами из нетканого полотна или ткани прорезиненной невулканизированной, а броня выполнена из профилированной стальной оцинкованной или коррозионностойкой ленты и наложена «в замок» - на круглых кабелях, с перекрытием не менее 40% - на плоских кабелях.

Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является разработка конструкции кабеля, позволяющая повысить надежность и долговечность работы нефтекабеля для погружных электронасосов в условиях воздействия агрессивной нефтяной среды при повышенных температурах за счет исключения процесса старения полимерной изоляции при контакте с медной жилой, уменьшение себестоимости нефтекабеля за счет использования во втором слое изоляции кабеля марок блоксополимера пропилена с этиленом, устойчивых к воздействию повышенных температур и применения технологий изготовления кабеля, обеспечивающих продольную герметичность кабеля при эксплуатации в агрессивных средах.

Технический результат и решение поставленной задачи достигаются следующим образом. Первый слой изоляции выполняют из композиции блоксополимера пропилена с этиленом, стойкого к воздействию ионов меди. Это необходимо для исключения процесса старения полимерной изоляции при контакте с медной жилой, ускоряющего этот процесс. Второй слой изоляции необязательно выполнять из блоксополимера пропилена с этиленом стойкого к воздействию ионов меди, т.к. контакт с медной жилой исключен первым слоем изоляции. Второй слой изоляции выполняется из блоксополимера пропилена с этиленом устойчивого к действию повышенных температур, по стоимости он ниже блоксополимера пропилена с этиленом, стойкого к воздействию ионов меди, но обеспечивает необходимый температурный режим работы кабеля. Кроме того, два слоя изоляции в совокупности обеспечивают следующие необходимые характеристики кабеля при работе в агрессивной нефтегазовой среде: высокую ударную прочность (при низких температурах) и высокую эластичность; повышенную долговременную термическую стабильность; стойкость к термоокислительному разрушению при эксплуатации, стойкость при высоких температурах - к щелочам, кислотам, растворам солей, растительным и минеральным маслам, обладают значительной ударопрочностью, пониженными твердостью и жесткостью, повышенной износостойкостью. Благодаря этим свойствам, нефтекабели с двухслойной изоляцией из блоксополимера пропилена с этиленом могут успешно работать в жидких агрессивных средах при повышенных температурах. Изоляция из блоксополимера пропилена с этиленом позволяет использовать кабель в условиях нефтяных скважин, а применение технологий, позволяющих обеспечить плотное прилегание изоляции к токопроводящей жиле с величиной усилия обжатия для двухслойной изоляции не менее 0,2 кН позволяет обеспечить продольную герметичность кабеля при перепаде давления жидкости 0,1 МПа на 1 метр длины, что способствует надежности и долговечности эксплуатации нефтекабеля для погружных электронасосов.

На Фиг. 1 изображено поперечное сечение электрического кабеля для погружных электронасосов в круглом и плоском варианте.

Кабель для установок для погружных электронасосов состоит из трех медных токопроводящих жил - 1; первого слоя изоляции из блоксополимера пропилена с этиленом стойкого к воздействию ионов меди - 2; второго слоя изоляции из блоксополимера пропилена с этиленом устойчивого к действию повышенных температур - 3; ленты из нетканого полотна или ткани прорезиненной - 4; заполнителя из резины или сополимера пропилена - 5; маркировочной ленты и подушки под броню - 6; брони - 7.

Конструкция кабеля для установок погружных электронасосов успешно опробована в условиях производства.

1. Электрический кабель для установок погружных электронасосов, бронированный с подушкой под броню, состоящий из трёх медных скрученных между собой или уложенных в одной плоскости изолированных токопроводящих жил, каждая из которых находится в двухслойной изоляции, причём первый слой изоляции выполнен из блоксополимера пропилена с этиленом, стойких к ионам меди, отличающийся тем, что второй слой изоляции выполнен из композиции блоксополимера пропилена с этиленом, устойчивых к воздействию повышенной температуры, а допустимая величина усилия обжатия для двухслойной изоляции не менее 0,2 кН.

2. Кабель по пп.1-3, отличающийся тем, что скрутка жил произведена с заполнителями из сополимера пропилена или резины.

3. Кабель по пп.1-3, отличающийся тем, что поверх скрученных или параллельно уложенных в одной плоскости изолированных жил кабеля продольно проложена маркировочная лента.

4. Кабель по пп.1-3, отличающийся тем, что подушка под броню выполнена в виде обмотки с перекрытием не менее 40% лентами из нетканого полотна или ткани прорезиненной невулканизированной.

5. Кабель по пп.1-3, отличающийся тем, что броня выполнена из профилированной стальной оцинкованной или коррозионностойкой ленты.

6. Кабель по пп.1-3, отличающийся тем, что броня наложена "в замок" на круглых кабелях, с перекрытием не менее 40% на плоских кабелях.