Файл: Месенжник Я.З. Кабели для нефтегазовой промышленности.pdf

следующее. Применение одинаковой по термостойкости изоляции по всей длине кабеля с технико-экономической точки зрения нецелесообразно. Наиболее рационально ис­ пользование комбинированной по длине изоляции, обеспечи­ вающей выполнение критерия (1—3—6): до 100°С — изоля­ ционная резина или ПЭНД, с 100 по 175°С1— фторлон-40Ш или с 100 по 220°С — облученный полиэтилен, при более высоких температурах — фторлоны-4 или-4Д. Выбор длины каждого участка с тем или иным видом изоляции опреде­ ляется геотермическим градиентом скважины. Изготовление таких кабелей с комбинированной по длине изоляцией в принципе возможно как в целых длинах (с общей жилой), так и при помощи соединения между собой отдельных участ­ ков изолированных жил (причем, остальные операции — оп­ летка, бронирование — являются общими для всех участков).

Методика расчета длин участков комбинированной изо­ ляции будет рассмотрена в гл. IV. Имеются предпосылки создания изоляции с непрерывно изменяющейся по длине теплостойкостью в соответствии с характером изменения температуры кабеля по длине при нахождении его в сква­ жине. Это возможно, в частности, при радиационной обработ­ ке полиолефиновой изоляции в случае протягивания изо­ лированной жилы через зону облучения с шириной h с переменной скоростью. Время, необходимое для достижения в то^ке 1 необходимой дозы NT, составляет:

*KD N

Максимальному времени нахождения жилы в зоне облучения (конец облучения)

соответствует минимальная средняя скорость провода в зо­ не облучения:

’Более надежно—160°С.

90

Непрерывное изменение теплостойкости изоляции по длине

K D

справедливому при Kt 1> ТНСх — Тн , т. е. начиная с длины, определяемой из выражения (2 — 4 —8). Максимальная мощ­ ность дозы (конец облучения) составляет

При конструировании кабеля необходимо учитывать не только прямые следствия действия эксплуатационных фак­ торов на характеристики элементов его конструкции (дей­ ствие температуры на электропроводность изоляции и т. п.), но и косвенные. Так, работоспособность изоляции кабеля в целом, его долговечность зависят от термомеханической характеристики изоляционной оболочки. Ее набухание в эксплуатационной среде приводит к потере кабелем „агре­ гатное™“ и формы, а также к увеличению расстояния меж­

91

ду макромолекулами, уменьшению сил межмолекулярного воздействия и снижению прочности полимера [95]. Выбору изоляционных защитных и других конструкционных мате­ риалов для рассматриваемых кабелей, как правило, должны предшествовать не только серьезная проработка литературных данных, но и экспериментальные исследования в условиях, по возможности максимально имитирующих эксплуатационные.

Дело в том, что понятия „термостойкость“, „баростой­ кость“ и т. д. различны для каждого конкретного приме­ нения этих материалов. Анализ показывает, что многие из известных термостойких изоляционных материалов непри­ годны для применения в каротажных кабелях, в то время как они вполне применимы в рассчитанных на высокие тем­ пературы электрических машинах, конденсаторах, кабелях неподвижной прокладки. К недостаткам, лимитирующим применение этих материалов в сверхдлинных каротажных теплостойких (250°С и выше) кабелях, относятся: низкие значения рѵ и высокий температурный коэффициент RH3

(TKR„3), невысокие механические характеристики (окись магния, кремнийорганическая резина и др.). Из материалов

рактеристики и их термостабильность в этом диапазоне. Высокая в настоящее время стоимость и дефицитность полиимидных пленок, невозможность переработки их мето­ дом экструзии и др, препятствуют их применению в сверх­ длинных каротажных кабелях.

На основании анализа комплекса факторов, действующих на элементы конструкций во время эксплуатации кабеля, раз­ рабатываются критерии оценки работоспособности их и ка­ беля в целом.

Основные критерии оценки работоспособности элементов конструкции каротажных кабелей (см. гл. I, § 3) должны быть заложены в основу конструирования кабелей для сква­ жины. Однако, являясь основными, они не всегда достаточ­ ны. В частности, выбор радиальной толщины изоляции в некоторых случаях (например, при конструировании тепло­ стойкой изоляции) производится в соответствии с критерием (1 — 3 — 6), но и с учетом механической прочности изоляцион­ ного покрытия, разброса его параметров, технологичности, надежности, баростойкости при повышенных температурах, возможностей имеющегося технологического оборудования и т. п. Вобщем случае толщина изоляции получается боль­ шей с учетом перечисленных факторов, чем с учетом только критерия (1—3 — 6).

92

Важное значение для работоспособности каротажных ка­ белей в целом имеет термостабильность механических свойств их изоляционных и защитных оболочек. Потеря упругих свойств может привести к выходу кабеля из строя вследствие его сильного радиального сужения и связанного с этим удлинения, нарушения структуры брони, разрыва токопроводящих жил и изоляционно-защитных оболочек. Таким образом, термостабильность электрических и механи­ ческих характеристик изоляционно-защитных оболочек в значительной степени предопределяет работоспособность термостойких бронированных кабелей. Поэтому выбор ра­ бочей температуры кабеля должен быть основан на резуль­ татах исследования не только температурно-барической за­ висимости электрофизических характеристик изоляции, но и термомеханических характеристик изоляционных и защит­ ных оболочек (при давлениях, соответствующих эксплуата­ ционным,'.

Полный расчет кабелей на соответствие сформулирован­ ным в гл. I, § 3 критериям возможен с применением фор­ мул для дифференциальных и интегральных значений пара­ метров (см. главу IV). Решая полученные расчетные урав­ нения для сопротивления токопроводящей жилы, изоляции и других параметров относительно геометрических размеров

вании расчетным путем будут учтены основные условия эксплуатации (температура, давление, влияние агрессивной среды и др.).

Вопросы рационального конструирования брони грузонесущих, в частности каротажных кабелей, подробно рассмо­ трены в известных работах А. В. Линкова, М. Ф. Глушко, Э. А. Шахназаряна, Л. М. Мамаева и др. [92, 98, 195

идр.].

Втечение ряда лет работы по конструированию брони грузонесущих кабелей проводятся также в содружестве с Одесским политехническим и Харьковским автодорожным институтами, заводом „Ташкенткабель“ и ТашНИКИ.

При конструировании брони должны выполняться сле­ дующие основные требования1:

1.Обеспечение необходимой прочности:

(2 -4 -1 1 )

1 Отчет ТашНИКИ № /51, 1969 г.

93

а— угол наложения проволок;

п— число проволок в слое.

Для наиболее распространенного в каротажных кабелях случая кратности шага свивки h = (8—9) DK при различ­

3. Обеспечение плотной свивки брони.

Согласно П. П. Нестерову, плотное касание между первым концентрическим рядом проволок каната и сердечником

1 Отчет ТашНИКИ, № 19/25, 1970 г.

94