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

возможно при выполнении соотношения

Для кабеля с двухповивной броней di = d0 -f- dnp„ d„, = dj -f dnPl,

(2 - 4 -1 7 )

Соответственно обеспечение плотного касания проволок первого и второго повивов будет иметь вид

95

„цементировании“ поверхностного слоя путем быстрого на­ грева проволок (или брони) в высокочастотном электромаг­ нитном поле и быстрого охлаждения, увеличивающем абразивную стойкость проволок, так и в защите отдельных проволок или повива полимерными покрытиями. Лучшим вариантом, по-видимому, явилась бы одновременная реали­ зация обеих этих возможностей.

Если пренебречь влиянием полимерного покрытия на крутящий момент повива, поскольку модуль упругости его значительно меньше модуля упругости стали, при равенстве углов наложения и модулей упругости проволок повивов, условие уравновешенности брони от кручения можно пред­ ставить в виде

Конструирование медных и стале-медных токопроводящих жил, расчет их механических и электрических характеристик и др. подробно изложены в [92], поэтому останавливаться на них не будем. Рассмотрим некоторые принципиальные воп­ росы создания кабелей для работы в сверхглубоких сква­ жинах (10—15 тыс. м и более). Устойчивость токопроводя­ щих жил к обрывам с учетом технологических, эксплуата­ ционных и других факторов, влияние на неё механических характеристик изоляционных и защитных оболочек, а так­

менением температуры в скважине. Поскольку растягиваю­ щие нагрузки также неодинаковы по длине кабеля, грузо­ несущую броню также целесообразно выполнить с экспо­ ненциально или линейно уменьшающимся по длине сечением в виде бруса равного сопротивления для обеспечения оп­ тимального соотношения между растягивающими нагрузками и прочностью брони (см. рис. 46, 1, 2).

96

При этом необходимо учитывать, что разрывное усилие Р брони при нахождении кабеля в скважине уменьшается по мере приближения к забою. Это связано с уменьшением исходного модуля упругости проволок брони Ео с увели­ чением температуры:

Сравнительно прост и практически осуществим в насто­ ящее время вариант выполнения брони переменного по длине кабеля сечения участками (2—3 и более на строи­ тельную длину), отличающимися сечением стали (см. рис. 4, б, â, 4). Максимальное сечение брони должно приходиться на верхнюю часть кабеля, минимальное—на нижнюю. Раз­ личия в сечениях могут создаваться как применением про­ волок с отличающимся сечением, так и использованием раз­ личного количества повивов.

При существующей технологии изготовления длинных каротажных кабелей наблюдаются случаи деформации то­ копроводящей жилы под действием собственного веса во время ее скрутки, хранения, а также продавливания ее изоляции под действием собственного веса во время хра­ нения и вследствие большого усилия натяжения ее при пе­ ремотках на испытательных аппаратах. Большая продолжи­ тельность технологического цикла на различных операциях изготовления длинных кабелей увеличивает вероятность остановок технологического оборудования, что приводит к браковке всей длины или её части. В связи с этим наибо­ лее предпочтителен вариант изготовления сверхдлинных кабелей до операции бронирования отдельными отрезками по 3—4 км (возможны отклонения в ту или иную сторону) с выполнением операции сростки на бронировочной машине. Наиболее сложным вопросом обычно считается сращивание стале-медных жил, но применение после сварки стальных проволок специальных режимов термообработки обеспечило высокие значения разрывного усилия сварного шва высоко­ углеродистых стальных проволок (см. гл. 111).

Использование такого варианта конструкции могло бы автоматически решить ряд проблем, в частности изготовле­ ние кабеля практически неограниченной длины на сущест­ вующем в настоящее время технологическом оборудовании. При этом испытания и отыскание дефектных мест значи­ тельно проще проводить на коротких отрезках, чем на

длинных. Осуществление сростки заготовок при бронирова­ нии технически не сложно. При обнаружении неустранимых дефектов на одном из отрезков экономичнее изготовить взамен него другой и избежать их повторения на осталь­ ных отрезках. Рассматриваемый технологический вариант позволяет при серийном производстве каротажных кабелей изготавливать наиболее соответствующие условиям эксп­ луатации в скважинах любой глубины и с любыми темпе­ ратурными условиями (для скважин промежуточных глубин могут быть использованы отдельные отрезки сверхдлинных кабелей), т. е. повысить их коэффициент использования.

' Таким образом, применение рассматриваемого [111] вари­ анта конструкции сверхдлинного кабеля целесообразно с различных точек зрения. Вместе с тем возникают дополни­ тельные технологические задачи, в частности надежного сращивания разнотипной изоляции, действенный контроль качества сростки и т. д. Следовательно, при создании ка­ ротажных кабелей для сверхглубоких скважин в принципе не исключен отказ от традиционной конструкции, предус­ матривающей полную исходную однородность по длине как в части применяемых материалов и диаметра, так и элек­ трических и механических параметров.

Возможно также изменение конструкции отдельных эле­ ментов кабеля, в частности, грузонесущей брони. Так, прак­ тический интерес представляет броня закрытого или полу­ закрытого типов [59]. Совместное применение во внутрен­ нем повиве фасонных (например, ^-образных) и круглых проволок позволяет получить самозатягивающийся полуза­ крытый слой с фиксированным внутренним размером. Про­ волоки Z-или Ѵ-образного профилей в наружном повиве создают радиально-герметичный закрытый слой, предохра­ няющий жилы кабеля и внутренний повив от воздействия агрессивной внешней среды.

Закрытая броня может выдерживать повышенные удель­ ные давления. При определенном соотношении размеров проволок и одинаковых углах наложения повивов кручение кабеля под влиянием растягивающих нагрузок может быть сведено к минимуму. Предварительная деформация прово­ лок перед их наложением обеспечивает нераскручиваемость повивов. Высокий процент заполнения сечения повивов сталью (до 90% и выше) позволяет, при прочих равных условиях, миниатюризировать кабель. В 1961 г. автором были разработаны и на Харцызском сталепроволочно-канат- ном заводе изготовлены образцы одно- и трехжильных кабелей с броней полузакрытого типа (с самозатягивающи­ мися повивами). В последующие годы К. А. Дубовик,

98