Файл: Месенжник Я.З. Кабели для нефтегазовой промышленности.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.04.2024
Просмотров: 164
Скачиваний: 1
Я З М ЕСЕНЖНИк
BKMiKt
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??
- Т ОХ:Чл :h |
КЗ.Я |
|
Сибляо: <*.?•>• |
•. |
+ |
ЭКЗе.ѵ'П.гк.. |
|
|
ЧИТАЛЬНО? О ЗАЛА |
||
1 з - з ш |
р |
7 |
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
изоляционных |
и защитных оболочек в жидкостях |
и газах |
и нагрузками |
в металлических элементах кабелей |
и т. д., |
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,
если в 1950 г. на долю угля приходилось |
в |
условном вы |
|
ражении 65% топливных ресурсов страны, |
то |
к 1971 г.—38, |
|
в то время |
как доля нефти и газа возросла до 58%. Се |
||
бестоимость |
нефти ниже себестоимости угля |
примерно в 5 |
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.
С резким |
увеличением |
объемов разведочного |
и эксплуата |
||||
ционного |
бурения, ростом |
глубин скважин, а следовательно, |
|||||
ужесточением условий |
работы кабеля |
возникла |
необходи |
||||
мость в создании более усовершенствованной |
конструкции. |
||||||
В 1-948 г. был разработан |
и внедрен в |
серийное |
производ |
||||
ство |
ряд конструкций |
бронированных |
кабелей (КОБД-4 и |
||||
др.), |
от 1948—1950 гг. |
до |
недавнего |
времени |
являвшихся |
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
Кабель для электротепловой |
обработки |
нефтяных скважин |
||
КЭС-6 шестижильный (3 силовые и 3 |
сигнальные жилы), |
|||
диаметр 16 мм. Эксплуатация кабеля в |
объединении |
„Уз- |
||
бекнефть“ показала полное |
его |
соответствие предъявляе |
||
мым требованиям (температура |
на забое 90— 180°С) в отли |
|||
чие от кабеля КТГН-10 с резиновой изоляцией, для |
нор |
мальной работы которого приходится периодически отрезать
нижнюю часть из-за выхода из строя |
изоляции |
на участке |
10-20 м. |
последние |
годы вы |
Несмотря на резкое увеличение в |
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
но выпускаемые небольшими |
партиями КБГ-8 по ТУКП |
|
120-67, |
КТГН-10 (КГГН-10) но |
ТУ 16-505. 154-70, КСБ-8 |
по ТУ |
16—06—352—69), в данное время прогрессирует тен |
|
денция |
вытеснения резины полимерными материалами, об |
ладающими более высокими рабочими ресурсами. Например,
кабели КРТ-3 |
(ТУКП 119-67), |
КПВС-27 |
(ТУ 16-505, |
|||
148-70), КРК-2 |
|
(ТУКП 173-67), |
КПКО-2 |
(ТУ |
1 6 |
-5 0 5 - |
130-70), КПКТ-2 |
(ТУ 16 -505 -130 -70), |
КПКТ-2 |
(ТУ |
|||
16—06—350—69) |
|
и др. изготавливаются с полиэтилено |
||||
вой изоляцией, |
КОБДТП-6 (ТУМЦ-0051-68), |
КОБДП-6 |
||||
(ТУМК 027—68) |
и |
др.—с изоляцией из радиационно-моди |
||||
фицированного |
(облученного) |
полиэтилена, |
КОБДФ-6, |
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
при соблюдении необходимых условий облучения—до 200—- 2Ю°С, из фторлона-40Ш—до 175—180°С, полиэтилена низ кого давления—до 130°С (по другим данным, до НО— 120°С), фторлона-4 (-4Д)—до 220°С (кратковременно—до 250°Сі. При этом следует иметь в виду, что температура формоус тойчивости у резины выше, чем у полиэтилена.
Повышение требований к кабелям для геофизических работ, естественно, коснулось не только их изоляции, но и других конструктивных элементов. Несмотря на присущие им недостатки, гетерогенные, в частности стале-медные жи лы, широко применяются в ряде кабелей, поскольку весьма надежны в эксплуатации, имеют сравнительно небольшое омическое сопротивление. Биметаллическая проволока, об ладающая высоким омическим сопротивлением и высокой устойчивостью к растягивающим и изгибающим нагрузкам, стала использоваться в жилах кабелей для сейсморазведки. Применение изоляционных материалов, обладающих повы шенным модулем упругости, позволило в ряде конструкций отказаться от стале-медных жил и перейти на медные, меньшие по диаметру. Повышенные требования к грузонесущему элементу кабеля (броне) вызвали необходимость в разработке высокопрочной бронепроволоки.
Таким образом, происшедшими за последние годы су щественными изменениями в применяемых конструкционных материалах обусловлена возможность создания новых типов кабелей для геофизики. Поскольку при их создании нужно было знать, обладают ли разработанные конструкции рабо тоспособностью при эксплуатации в скважинах с изменяю щимися вдоль их ствола параметрами среды, возникла пот
ребность в разработке |
теории расчета |
неоднородных |
по |
длине кабелей. Полученные инженерные |
формулы создали |
||
возможность не только |
прогнозирования |
работы кабелей |
в |
реальных эксплуатационных условиях, но и обоснованного, рационального конструирования их. В частности, эти фор мулы позволяют оценить применимость новых изоляцион
ных материалов в кабелях для заданных условий эксплуа тации.
Для откачки нефти из скважин до 1950 г. применялись штанговые насосы, имеющие малую производительность и дорогостоящее наземное оборудование. В связи с разработ кой и внедрением высокопроизводительных погружных электронасосов появилась потребность в специальных кабе лях для питания погружных установок. ТашНИКИ совмест но с заводом „Ташкенткабель“ был разработан специальный гибкий силовой кабель в профильной ленточной броне мар
ки КРБК на напряжение 1100 в (ТУК ОММ—505—192—56 и ТУК 138-51).