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

жину с заданными условиями (температура, давление). Поэ­

пературы вдоль ствола скважины со скоростью Kt=30"C//c.«

щаются вверх, т. е. в сторону больших значений К(тр). Для различных К, они могут быть построены по данным о тем­

142

d и D—диаметры соответственно голой и изолиро­ ванной жилы.

Очевидно, что, кроме температуры и давления, на иони­ зационные характеристики влияют и другие эксплуатацион­ ные факторы. Поэтому целесообразно изучить влияние на напряжение начала ионизации набухания полимеров в раз­ личных жидких и газообразных средах, а также новых пор, которые могут образоваться в полимере при его старении, нагревании или облучении вследствие выделения газообраз­ ных продуктов термического разложения и радиолиза и т. д.

Можно ожидать, что при работе кабеля в жидкой сре­ де с высоким газовым фактором при повышенных давлениях (а в определенной степени и температурах)его электриче­ ская прочность до извлечения из скважины может быть вы­ ше, чем при работе в жидкой среде с меньшим газовым фактором, в том числе при более низких давлениях и тем­ пературах. Электрическое упрочнение пор должно умень­ шить вероятность пробоя изоляции. Это предположение нуж­ дается в точной экспериментальной проверке. В какой-то степени оно косвенно подтверждается результатами эксплу­ атации кабелей для электропитания погружных нефтенасосов в районах, отличающихся газовым фактором. Так, ана­ лиз эксплуатационных данных показывает, что в управлении „Туймазанефть“ при газовом факторе до 60 м3/т количест­ во подъемов установки из скважины по причине пробоя ка­

майнефть“ около 30% подъемов глектронасосных установок из скважин производится по причине выхода из строя ка­

143

КРБП, в 30 (15%) имеют место механические повреждения. Вместе с тем следует иметь в виду, что средний срок служ­ бы t кабеля с резиновой изоляцией существенно увеличи­

вается с уменьшением газового фактора; в управлении „Пер­

чением газового фактора является разрыв резиновых обо­ лочек при подъеме на поверхность установки с кабелем вследствие большого перепада внутреннего и внешнего дав­ лений и связанная с этим необходимость частых ремонтов кабеля.

Поскольку, с одной стороны, повышение температуры должно приводить к ионизации нейтральных молекул, следо­ вательно, к увеличению концентрации электронов и фото­ нов, участвующих в процессе пробоя газовых включений, т. е. ухудшать электропрочностные характеристики газовых включений, а с другой—к увеличению давления в газовой поре, т.е. к ее электрическому упрочнению,зависимости ионизацион­ ных характеристик полимеров оттемпературы, очевидно, долж­ ны быть немонотонными, т. е. должны иметь экстремумы. При этом положение экстремума должно зависеть от на­ пряженности поля. Эта гипотеза экспериментально подтверж­ дена результатами исследований12 температурной зависимо­ сти интенсивности ионизации (Іср) радиационно-модифици­ рованного полиэтилена. В зависимости от напряженности и температурного интервала lg Іср может повышаться и пони­ жаться с увеличением температуры, а также не зависеть от температуры в отдельных температурных интервалах. Час­ тичное качественное подтверждение мы находим в [179]: в течение 125 час. ионизационного старения замечено умень­ шение интенсивности ионизации и увеличение напряжения начала ионизации. Предположено, что это связано с увеличе­

1 6% от общего числа подъемов.

2 Отчет ТашНИКИ, Ws 202, 1968 г.

144

нием давления в порах в начальной стадии Ионизации. Ранее [86j отмечалось возрастание напряжения начала ионизации при нагреве полиэтиленовой изоляции кабелей, имеющих по жилам экраны, и объяснялось уменьшением размеров газовых включений и увеличением давления в них при тем­ пературном расширении полиэтилена.

Однако попытка объяснения увеличения напряжения на­ чала ионизации без точного знания размеров газовых вклю­ чений может привести к спорным результатам* так как с увеличением толщины 8 газового включения напряжение начала ионизации не уменьшается монотонно, а изменяется

сдвигать экстремумы зависимостей электропрочностных и ионизационных характеристик от температуры по осям абс­

связано именно со структурными изменениями—увеличением плотности, степени кристалличности и т. д. Таким образом, существует принципиальная возможность регулирования электрических свойств изоляции при помощи давления. Пос­ кольку электрические свойства, в частности электрическая прочность, зависят от надмолекулярной структуры и мак­ роструктуры, оптимума их можно достичь при опреде­ ленных соотношениях температуры и гидростатического давления.

Зависимости ионизационных и электропрочностных ха­ рактеристик газовой поры от давления в принципе также должны иметь экстремумы, причем даже в области линей­ ного возрастания Ucp с увеличением Ph. Это связано с тем, что при достаточно высоких внешних давлениях наряду с электрическим упрочнением пор должно происходить их электрическое ослабление вследствие уменьшения их разме­ ров в направлении приложенного поля.

Ниже будут рассмотрены результаты исследования не-

Которых полимеров, нашедших применение в кабелях для нефте-газовой промышленности, при высоких температурах

в течение 20 час. из фторлона-40Ш и -4M в течение 48 час. при 230°С и 1300 K z c jc x Внешний вид образцов фторлона-4 и -4Д после выдержки в УВДТ не изменился; образцы фторлона-40111 и -4M деформировались, на поверхности

прочности при разрыве у фторлона-4 снизился на 23,2%, от­ носительное удлинение — на 25%, у фторлона-4М—соответст­ венно — на 56,8 и 96%, -40Ш п. 295 — на 59,5 и 65% ,-40Ш

скважин является ее высокая термобаростойкость, то стано­ вится очевидной необходимость выполнения ее в виде мо­ нолитных оболочек. Однако фторлон-4, обладая очень цен­ ными и уникальными электрофизическими и другими свой­ ствами, имеет следующий недостаток: являясь термореактив­ ным материалом, при нагревании даже выше температуры термического разложения (415°С) не переходит в необходи­ мое для экструвии вязкотекучее состояние.

Пленочная фторлоновая изоляция, подвергающаяся уже в изделии термообработке с целью создания монолитности,

146