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

фактору проволочное™ к пр, учитывающему количество и

и угла скрутки кпр повышается, так как увеличивается кон­ тактная поверхность. В некоторых случаях сумма сил, дей­ ствующих на жилу, может находиться в районе предела текучести составляющих ее проволок. В результате этого стойкость гибких жил, изолированных материалами с высо­ ким модулем упругости (полиэтилен, фторлон-40Ш и др.) к многократным перегибам, может быть значительно ниже, чем у жил, изолированных более эластичными материа­ лами.

Дополнительное усилие в проволоках от влияния упру­ гой оболочки может быть рассчитано. Так, при равномерном изгибе бронированного кабеля с наложенной поверх брони защитной упругой неметаллической оболочкой око было оп­

ными допущениями можно применять для расчета дополни-

U9

тельных усилий и в жиле от упругой изоляционной оболочки при изгибе кабеля. В этом случае для одножильного кабе­ ля в формуле (2 — 5 — 28) радиус изгиба жилы

при конструировании ТПЖ (в выборе а, п, 8) с целью полу­ чения оптимального значения До' (не опасного для работо­ способности жилы и достаточного для противодействия сме­ щению и петлеобразованию проволок).

Приведенные рассуждения хорошо объясняют получен­ ные Л. И. Кранихфельдом [83] экспериментальные данные по стойкости к многократным перегибам особо гибких жил с изоляцией, обладающей различным модулем упругости. Возникающие при перегибах значительные напряжения в тонких проволоках жилы при применении таких жестких изоляционных материалов, как ПЭНД, фторлоны -4 М и -4Д, снижают живучесть изолированных жил в 3,5 4-5,4 раза по сравнению с неизолированными.

Малая податливость изоляционной оболочки из упругих и жестких материалов к смещению проволок жилы при из­ гибах кабеля на барабанах и роликах препятствует образо­ ванию петлеобразных деформаций в проволоках медных ТПЖ при рывках кабеля, в связи с чем значительно повы­ шается устойчивость к обрывам и живучесть чистомедных токопроводящих жил каротажных кабелей. Поскольку мо­ дуль упругости материала изоляционной оболочки умень­ шается с увеличением температуры, дополнительные напря­ жения в проволоках жилы в этом случае уменьшаются. Если учесть также, что коэффициент линейного расширения изо­ ляции намного больше, чем у жилы, то очевидно, что с повышением температуры подвижность жил в изоляции уве­ личивается. Это не приводит к существенному уменьшению живучести медных жил, так как кабель испытывает перегиб через ролик вне скважины на поверхности, когда он имеет температуру, близкую к температуре окружающей среды (за исключением случаев быстрого подъема кабеля из сква­ жин с высоким геотермическим градиентом).

Касательные напряжения в изоляционной оболочке, воз­ никающие при перегибах кабеля на роликах и барабанах, как и напряжения сжатия (от веса кабеля и аппаратуры, а также давления среды), и расширения (от действия темпе­ ратуры и набухания), должны отражаться на электрических характеристиках изоляции, суммируясь с влиянием темпе­ ратуры и других эксплуатационных факторов. Так, механи-

120

ческая нагрузка, практически не влияя на кратковременную электрическую прочность, существенно снижает время жиз­ ни электрической изоляции [54]. Уменьшение электрической прочности и срока жизни кабельной изоляции при увеличе­ нии ее механической напряженности отмечают и другие ис­ следователи [33 и т. д]. Уменьшение толщины изоляции при ее деформации приводит к уменьшению RH3 и измене­ нию других электрофизических характеристик.

§ 6. ПРИНЦИП ПОЛУЧЕНИЯ УРАВНОВЕШЕННЫХ ОТ КРУЧЕНИЯ МНОГОЖИЛЬНЫХ КАБЕЛЕЙ

В настоящее время в номенклатуре кабелей для нефте­ газовой промышленности наряду с одножильными имеется ряд многожильных. В связи с наблюдающейся тенденцией проведения с их помощью комплексных работ „жильность“ кабелей будет увеличиваться. Видимо, в ближайшем будущем большинство работ в скважинах будет осуществляться на многожильных бронированных и ошлангованных кабелях. В стремлении максимально уравновесить их от кручения при нахождении в скважине обычно направления скрутки прово­ лок в жилу и скрутки жил между собой выбирают противо­ положными. Однако почти всегда момент, создаваемый скру­ ченным кабелем (т. е. заготовкой под шланг—в ошлангован­ ных и под броней — в бронированных), превосходит момент, создаваемый скрученными в жилу проволоками, вследствие чего кабель не уравновешен от кручения. Очевидно, это выз­ вано неправильным соотношением параметров скрутки собст­ венно жил и общей скрутки.

Принцип уравновешенности от кручения многожильного

Ао, Со, г — агрегатные коэффициенты жесткости и радиус жилы (знак плюс применяется при односторон­ ней скрутке, минус — при крестовой).

Таким образом, условие уравновешенности многожиль­ ного кабеля от кручения будет иметь вид

Ао Го cos2 ß sin ß = ± Co cos ß,

откуда

Г л а в а 111

новые конструкционные материалы в кабелях

ДЛЯ НЕФТЕ-ГАЗОВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ И ВОПРОСЫ ТЕХНОЛОГИИ

§ I. О ГРАНИЦАХ И ПЕРСПЕКТИВАХ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПОЛИМЕРНЫХ ИЗОЛЯЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ ПРИ ВЫСОКИХ ТЕМПЕРАТУРАХ И ДАВЛЕНИЯХ

В промысловой геофизике до 1957 г. применялись иск­ лючительно кабели с резиновой изоляцией. Последующие годы характеризуются значительным расширением географии использования кабелей для проведения работ в скважинах, а также значительным изменением условий их эксплуатации —ужесточением как за счет роста глубин скважин, темпе­ ратур и гидростатических давлений, так и вследствие уве­ личения числа глубоких и сверхглубоких скважин.

Появилось множество глубоких скважин с температурой на забое 200° С и выше в районах Ставропольского края, Чечено-Ингушской АССР, Узбекской ССР и др. Некоторые

необходимость проверки предложения геофизических орга­ низаций о расширении температурно-барического предела использования каротажных кабелей с резиновой изоляцией (КОБД-4, КОБД-5, КОБД-6) до температур 120-130° С и гидростатического давления 800 кгс/см2.

Возможность такого расширения проверялась в экспе­ риментальных и натурных условиях. Экспериментальные ис­ следования проводились на образцах серийных кабелей КОБД-4 и КОБД-6 в разработанных ТашНИКИ установ­ ках высокого давления и температуры, имитирую­ щих температурно-барическое нагружение кабеля в скважине. Температурная зависимость сопротивления изоляции из рези­ ны ТСШ-50 (жила кабеля КОБД-4) приведена на рис. 13, а. Уже при 80'С рѵ составляет 4,6- ІО13 при подъеме и 6 -ІО13

123