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

М И Н И С Т Е Р С Т В О Э Л Е К Т Р О Т Е Х Н И Ч Е С К О Й П Р О М Ы Ш Л Е Н Н О С Т И С С С Р

ТАШКЕНТСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ПРОЕКТНО-КОНСТРУКТОРСКИЙ

ИТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ КАБЕЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ

Я.3. МЕСЕНЖНИК

К А Б Е Л И

ДЛЯ НЕФТЕ-ГАЗОВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

ИЗДАТЕЛЬСТВО „ФАН" УЗБЕКСКОЙ ССР

Т А Ш К Е Н Т - 1 9 7 2

УДК 621.315 + 622.275/276

Я. 3. Месенжник. КАБЕЛИ ДЛЯ НЕФТЕ-ГАЗОВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ. Табл. 37, рис. 71, библ. 274. назв.

В монографии излагаются основы теории, конструирова­ ния, изготовления и эксплуатации кабелей, применяемых в нефте-газовой промышленности при геофизических исследо­ ваниях, промыслово-геофизических работах и нефтедобычи. Подробно рассмотрено влияние эксплуатационных факторов на физические характеристики и работоспособность кабелей.

Монография рассчитана на специалистов, разрабатываю­ щих, изготовляющих и использующих данные кабели, зани­ мающихся исследованием длинных линий с изменяющимися параметрами и поведения материалов в условиях темпера­ турно-барического воздействия в водных, газовых и много­ фазовых средах. Кроме того, она может быть использована студентами ВТУЗов и техникумов.

Ответственные редакторы

д-р техн наук X. Ф. ФАЗЫЛОВ, И. Т. СОКОЛОВ

Л К

Гэе. публичка??

3-8-2

ОТ ОТВЕТСТВЕННЫХ РЕДАКТОРОВ

В данной монографии впервые предпринята попытка ком­ плексного изложения принципиальных вопросов, связанных с созданием специальных типов кабелей, вернее электроме­ ханических систем, для проведения разнообразных работ в скважинах (бурение, геофизические исследования, вспомо­ гательные работы, нефтедобыча). Опуская некоторые хоро­ шо освещенные в литературе вопросы технологии изготов» ления кабелей, автор основное внимание уделяет анализу необходимых по теме результатов оригинальных теоретиче­ ских и экспериментальных работ, проведенных как им с сотрудниками, так и другими исследователями в рассматри­ ваемой и смежных областях. Рассмотрение грузонесущего кабеля как единой электромеханической системы приводит к нахождению математической связи между набуханием

а также к установлению корреляций между физико-механи­ ческими (например, модулем объемной упругости) и электро­ физическими (например, диэлектрической проницаемостью, напряжением начала ионизации и др.) характеристиками изо­ ляции в эксплуатационных режимах и создает предпосылки как для обоснованного рационального конструирования грузонесущих электрометрических и других кабелей для сква­ жин, так и для прогнозирования их поведения в сложных эксплуатационных условиях.

Большую теоретическую и практическую ценность пред­ ставляет впервые обобщенный и подробно рассмотренный вопрос о физических процессах в полимерной изоляции, на­ ходящейся под температурно-барической нагрузкой в экс­ плуатационных средах.

Разделы, посвященные разработке критериев работоспо­ собности элементов конструкции кабелей, исследованию

3

электроизоляционных материалов в условиях, имитирующих эксплуатационные, установлению влияния физико-механи­ ческих характеристик изоляции на работоспособность токо­ проводящих жил, новым технологическим процессам, теории расчета неоднородных по длине кабелей и др., представ­ ляют значительный самостоятельный интерес.

По важности рассмотренных вопросов и полученным ре­ зультатам, а также по намеченным направлениям дальней­ ших исследований данная монография является фундамен­ тальной в области изучения изоляционных материалов в имитированных условиях с целью применения их в кабелях для нефте-газовой промышленности, а также в вопросах расчета и конструирования этих кабелей.

Можно ожидать, что монография будет интересна и по­ лезна специалистам, работающим в нефте-газовой и элек­ тротехнической промышленности, студентам электротехни­ ческих специальностей и послужит побудительным стимулом к проведению дальнейших перспективных исследований в области создания специальных типов кабелей и электриче­

ской аппаратуры для работы в сложнейших эксплуатацион­ ных условиях.

4

ВВЕДЕНИЕ

Нефте-газовая промышленность играет важную роль в современном топливно-энергетическом балансе страны. Так,

раз, а газа—в 10. Это и послужило экономической предпо­ сылкой для их широкого использования не только как топ­ лива, но и сырья для производства химических и других продуктов.

В послевоенный период в • СССР достигнуты высокие темпы добычи нефти и газа: с 1946 г. за каждые 5 лет до­ быча нефти увеличивалась на 100 млн. т, а добыча газа с 1946 по 1970 гг,—более чем в 50 раз. К 1975 г. годовую добычу нефти намечается довести до 480—500 млн. т, а газа —более 300 млрд, м3 [196].

Значительное место в нефте-газовой промышленности занимает разведочное и эксплуатационное бурение. При бу­ рении скважин на месторождениях различных полезных ис­ копаемых обязательным элементом технологии проходки является комплекс исследований и операций, называемый ком­ плексом промыслово-геофизических работ.

В настоящее время имеется большое количество слож­ ных научно-технических систем, применяющихся в процес­ се геофизических исследований и других вспомогательных работ в скважинах, а также морях и океанах. Важным и ответственным элементом оборудования, необходимого для проведения этого комплекса работ, служит грузонесущий („каротажный“) кабель, а для откачки нефти из скважин бесштанговыми погружными нефтенасосами и электроподо­ грева скважин—соответствующие силовые негрузонесущие и грузонесущие кабели Бурение с применением в его про­ цессе геофизических исследований (промысловая геофизика)

è

примерно в три раза дешевле ранее применявшегося буре­ ния с отбором грунтов. Замена „качалок“ погружными на­ сосами также дает большой экономический эффект.

Первоначально отечественные каротажные кабели были представлены типами КТО и КТІІІ, производство которых было освоено в 1932 г. з-дом „Электропровод“. Они обес­ печивали проведение промыслово-геофизических работ в скважинах глубиной до 1000—1500 м, со сросткой —до 3000 м.

основным видом каротажных кабелей. С увеличением глу­ бин бурения скважин до 4000—5000 м, температур на забое до 250°С и давлений более 1000 кгс/см2 к кабелям стали предъявляться повышенные требования в отношении их прочности, износоустойчивости, уровня электрической изо­ ляции и, особенно, температуростойкости. С учетом этих требований Ташкентским кабельным институтом (ТашНИКИ) и заводом „Ташкенткабель“ разработаны новые виды бро­ нированных каротажных кабелей марок КОБДТ-Ю, КТБТ-12, КОБДТМ-1,2, КОБДТ-10/6, КОБДФ-6, КТБФ-6 и т. д. с по­ вышенной температуростойкостью изоляции. Также прове­ дены работы по замене резины на полиэтилен низкого дав­ ления (ПЭНД).

Согласно лабораторным исследованиям ТашНИКИ кабе­ ли типа КОБД с изоляцией из ПЭНД обеспечивают уровень изоляции 200—300 Мом-км при кратковременном воздей­ ствии температуры до 130°С и гидростатического давления до 800 кгс/см2 (время поднятия температуры до 130°С—4-р5 час., выдержка при 130°С—1 час).

ТашНИКИ (совместно с ВНИИКП) и заводом „Ташкент­ кабель“ разработаны кабели марок КОБДТП-10/6, КОБДП-6, КЭС-6 и др. на рабочие температуры до 200—210°С с изо­ ляцией из радиационно-модифицированного полиэтилена вы­ сокого давления (РМ ПЭВД). Это позволило в ряде случаев заменить теплостойкие кабели с изоляцией из дорогостоя­ щих и дефицитных материалов типа фторлон-4 и фтор-

ЛОН-40Ш.

Наряду с одножильными каротажными кабелями с изо­ ляцией из РМ ПЭВД изготовлены опытные длины много­ жильных кабелей—силового для электротепловой обработки нефтяных скважин с целью увеличения и их дебита, и элек­ трометрического для сейсмических исследований скважин.

6

мальной работы которого приходится периодически отрезать

пуска бронированных кабелей, пока также применяются оп­ летенные и ошлангованные кабели типов КТО и КТШ. Это объясняется наличием в некоторых районах страны буря­ щихся скважин небольших глубин (до 1000 м), а также не­ которых видов каротажного оборудования, предназначен­ ного для этих кабелей. Однако одной из главных причин из­ готовления и использования этих устаревших марок являет­ ся все еще недостаточный объем выпуска бронированных кабелей.

Несмотря на продолжающееся применение кабелей с ре­ зиновой изоляцией (оплетенные кабели КТО-1, КТО-2, КТО-4, ошлангованные КТШ-0,3, КТШ-2, КТШ-4, КТШН-2, КТШН-4, бронированные КОБД-4, КТБД-6, а также серий­

ладающими более высокими рабочими ресурсами. Например,

КТБФ-6, КСБФ-6.КОБДФМ-2 (ГОСТ 6020-68), КОБДТМ-1,2 (ТУМЦ—0034-66) и др.—с изоляцией из фторлона-40Ш, ККФБ-1 (ТУМЦ—0054—68) и др.—с изоляцией из пленоч­ ных фторлонов-4 и -4Д.

В порядке уменьшения теплостойкости, определяемой в основном сопротивлением изоляции, применяемые материа­ лы можно расположить в следующий ряд: фторлон-4 (-4Д), радиационно-модифицированный полиэтилен (высокого или низкого давления), полиэтилен низкого давления, резина. Резиновая изоляция рассматриваемых кабелей обладает тер­ мостойкостью до 9СГС, очень кратковременно—до 120°С, изоляция из радиационно-модифицированного полиэтилена

7

Основным изготовителем кабелей для погружных насо­ сов является завод „Ташкенткабель“. Однако для обеспе­ чения постоянно увеличивающейся добычи нефти с 1960 г. производство кабелей для нефтедобычи было организовано и на заводе „Подольсккабель“. Предполагается организа­ ция производства их также и на заводе „Томкабель“.

По мере увеличения глубин, с которых производится откачка нефти погружными электронасосами, увеличивается требуемая мощность установок, что вызывает необходимость повышения рабочего напряжения. В этом аспекте возрас­ тают требования к кабелям для электропитания погружных

увеличения температуростойкости изоляционных и защитных материалов и наиболее удачного их конструктивного при­ менения, была изготовлена опытная партия кабелей марок КРБК-В и КРБП-В, находящаяся в настоящее время на промысловых испытаниях.

До недавнего времени единственным материалом для за­ щитных оболочек кабелей для нефтедобычи являлась рези­ на, обладающая всеми необходимыми положительными ка­ чествами—достаточной в данном случае температуростой-

низкой нефтегазостойкостью. Он является причиной часто­ го выхода из строя кабеля после первого подъема его из

чи определялось поиском и применением в них материалов, обладающих высокой нефтегазостойкостью. Разработчики обратились к пластмассам, в частности, к полиэтилену низ­ кого давления (ПЭНД), а также композиции резин с ним, удовлетворяющим, кроме нефтегазостойкости, и другим эксплуатационным требованиям.

Заводом „Ташкенткабель“ с применением результатов

9