Файл: Месенжник Я.З. Кабели для нефтегазовой промышленности.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.04.2024
Просмотров: 171
Скачиваний: 1
нии кабеля в глубокие скважины трудно вследствие его большого натяжения под действием собственного веса. „Перепуск“ может быть зарегистрирован чувствительным прибором по уменьшению натяжения кабеля.
Сумма нагрузок, действу ющих на каротажный кабель, в любом его сечении при на хождении в скважине и с уче том изменения его веса, аппа ратуры и груза в жидкости составляет (рис. 3, а)
Рис. 3. К расчету растягиваю щих усилий в кабеле при спус ке и нахождении в скважине
(а) и подъеме из нее (б).
обычно (рис. 4, а)
Рскв = Як (L — 1) -f Qanu+ Qrp-f-
-f- Sji3-3ampl ~b ^Kt 1. (1—2—19)
Ha верхнее сечение кабеля (в точке подвески на роли ке) действуют полный его вес, а также аппаратуры и груза в жидкости:
Рскв.1=0 = CJKL4 Qann “f" Qrp'
(1− 2− 20)
В нижнем сечении без уче та краевых эффектов, кото рые могут приводить к выхо ду изоляционной оболочки из брони вследствие температур но-барического влияния,
Рскв.І—^ Ьиз-защ ' рВ T^Kt |
L; |
(1− 2− |
21) |
qKL>XKt L > (Q апп+ Qrp)7> §из-защ PL.
При подъеме из скважины на кабель действуют следую
щие постоянные и переменные статические нагрузки (рис. 3, б):
Рпод пк (L - |
lt) -{- Qann + |
Qrp-Г |
Zi Р'гр + SH3-3 atu 1p(L— |
- |
Ii) + XKt ( L - |
ф). |
(1 -2 -2 2 ) |
Составляющая ZjPTp при высокой вязкости бурового раст вора, больших скоростях движения кабеля и значительном отклонении оси скважины от вертикали может превышать
24
составляющую |
qk(L —lj); в этом случае |
справедливо нера- |
венвтво |
|
|
£ Ртр |
Чк (L — 1і) (Qann “Г Qrp) |
Ж і (L — |
-b '> S M 3 3«fflp ( L - l 1). |
(1 -2 -2 3 ) |
Ри-с. 4. Распределение по длине каротажного кабеля:
с —растягивающих нагрузок (кабель КОБДФ-б): / —вес кабеля, 2—ба рическая составляющая нагрузки, а —вес утяжеляющего груза и аппаратуры, 4—температурная составляющая нагрузки, .5—суммарная нагрузка (составляющая нагрузки, обусловленная набз'ханием оболо чек, здесь не учтена); б~~сечение брони: /.^-оптимальное. 3.4 -с т у пенчатое, субоптимальное, 5 —принятое в современных конструкциях
бронированных кабелей.
Согласно |
[175], суммарную силу трения можно представить |
||
в виде |
|
|
|
|
|
L |
|
|
2 P Tp- J ( W + ? + f)dl, |
||
|
|
О |
|
|
W — itdKт0, |
|
|
|
і |
- 2к V dKT0hV, |
(1-2 .^24) |
где |
d« — диаметр кабеля по броне; |
||
|
т0 — динамическое сопротивление сдвигу скважин |
||
’ |
|
ной жидкости (в начальный момент движения |
|
|
кабеля—статическое напряжение сдвига); |
||
|
т] — пластическая |
вязкость раствора; |
|
|
V — скорость движения кабеля; |
||
|
f — интенсивность |
нагрузки от сил трения о стен |
|
|
|
ки скважины. |
|
25
Для ориентировочных расчетов рекомендуются [175] сле дующие эмпирические формулы:
5 -И |
= |
0,018 [/"Ѵ |
(8,6 мм < cl« <$,Ьмм), |
|
( 1 - 2 - 2 5 ) |
|||
\ + |
f = |
0,04 / V |
(\2 м м < й к <]2,4мм). |
( 1 - 2 - 2 6 ) |
||||
При |
W = const, £ = const и f ■= const |
по |
глубине |
скважи |
||||
ны удлинение |
кабеля |
от нагрузки |
составляет |
|
||||
|
|
eTp = |
0,5C (W -H + f)La. |
|
|
( 1 - 2 - 2 7 ) |
||
Для кабелей КОБД-4, КОБДП-6, |
КОБДФ-6, КОБД-6 |
|||||||
эмпирические значения W составляют |
0,013 |
кгс/м, а для |
||||||
кабелей |
КТБД-6 |
(КТБФ-6) — 0,0165 |
кгс/м. |
Значе |
ния С (кгс~1) для вышеуказанных кабелей составляют соответственно 2,73-ІО*6; 2,38-ІО“ 6, 2,24-ІО“6, 2,37-ІО“6 и 1,52-ІСР6. Полученные по эмпирическим формулам значения для ($ + 1), а также данные для W —есть средние величины
для скважин с наибольшим углом отклонения |
от вертикали |
|||
до 8° и плотностью бурового раствора в пределах |
1,2—2,0 |
|||
г/см3[175]. |
скважинах. |
Данные |
||
Кабели для длительной работы в |
||||
кабели применяются в основном для |
электропитания сило |
|||
вых установок (двигателей, ТЭН и т. д. *) |
в |
эксплуатиру |
||
ющихся скважинах. |
|
|
|
|
Подогрев действующих скважин при помощи ТЭНов или |
||||
другими способами вызывает уменьшение |
вязкости |
нефти |
и препятствует закупорке стенок скважины углеводородны ми смолами и асфальтенами, увеличивает продолжитель ность рентабельной эксплуатации скважин и коэффициент нефтеотдачи.
В настоящее время в СССР и за рубежом успешно ос ваивается новый способ электробурения с применением си лового шлангокабеля, армированного тросами, заменяющего жесткую колонну бурильных труб, кабелей-шлангов для подвески погружных бесштанговых нефтенасосов с одновре менной откачкой через центральный канал нефти и др. Эти
кабели могут быть самонесущими (с |
грузонесущим элемен |
||||||
том типа тросов, брони и т. п.) |
или |
не самонесущими. |
В |
||||
последнем случае для разгрузки от растягивающих |
усилий |
||||||
кабель в защитной ленточной броне (типов |
КРБК, |
КПБК) |
|||||
прикрепляют скобами |
к трубам, |
опускаемым |
в скважину |
||||
(рис. 5). |
|
|
|
|
- |
' |
|
Рабочей средой в действующих скважинах |
могут |
быть |
|||||
нефть или вода с различными примесями, |
насыщенные |
уг- |
|||||
Шодогрев скважин, |
осуществляемый ТЭНами |
при помощи кабеля, |
в некоторых случаях может производиться и в процессе бурения скважин.
26
леводородными газами, концентрация которых характеризу ется „газовым фактором“. В настоящее время максималь-
Рис. Ь. Схема эксплуатации кабеля для нефтедо бычи:
/ —центробежный насос, 2 —погружной электродвигатель, 3 —про тектор, 4-кабель, .5 -автотрансформатор, 6—станция управления, 7—насосно-компрессорная труба, ^ —крепежный пояс.
ный „газовый фактор“ установлен в Поволжье и составля ет 290 м3[т нефти (НГДУ „Первомайнефть“).
27
Если кабель является самонесущим, на него, кроме ука занных ранее нагрузок, действует и локальный разогрев некоторых участков, например зоны прикрепления кабеля к ТЭНу. При работе в нефти или воде действие веса самого кабеля, аппаратуры и груза на увеличение его нап ряженного состояния повышается по сравнению с работой в буровом растворе из-за относительно малой плотности нефти и воды. Крепящиеся к трубам кабели могут испыты вать повреждающие радиально-направленные нагрузки в про цессе спуска и подъема при контактах со стенками сква жины вследствие смещения забоя о вертикали и отклонения по азимуту (пространственной криволинейное™ скважин).
Температура в действующих скважинах достигает в нас тоящее время 90° С, а на поверхности—минус 60 -f- минус 65°С (район Тюмени); глубина спуска электронасосной ус тановки 1600 м, давление на этом уровне—150—160 [до 200]
кгс: см1.
Для рассматриваемых кабелей обеих групп важное зна чение имеет вопрос о влиянии на них эксплуатационной среды. Проникновение жидкостей в изоляционные и шлан говые оболочки—процесс статистического характера; время диффузии пропорционально квадрату расстояния, преодоле ваемого молекулой жидкости. По расчетным данным, при атмосферном давлении время сквозного проникновения во ды, нефти и других жидкостей через шланговые оболочки и заполнение свободного объема под ними и объема изо ляционных оболочек значительно превышает время реаль ного непрерывного и общего времени нахождения каротаж
ных кабелей в скважинах, хотя |
количество |
продиффунди- |
|
ровавшей через оболочку влаги значительно |
увеличивается |
||
с повышением температуры и гидростатического |
давления. |
||
Жидкости диффундируют |
под давлением |
в вещество |
любой твердости. Так, вода проникает в стекло под давле нием нескольких тысяч атмосфер, причем этот процесс за висит от продолжительности действия давления. Резкое сня тие последнего сопровождается растрескиванием стекла изза нескомпенсированного внутреннего давления, создавае мого окклюдированной жидкостью, в то время, как плав ное не сопровождалось данным явлением, так как окклю дированная жидкость успевала „спокойно“ десорбировать |22J.
— Скважинные жидкости сорбируются изоляционными и шланговыми оболочками, которые, кроме того, сжимаются под действием давления. С ростом температуры сжимаемость увеличивается. При быстром подъеме кабеля на поверхность на оболочки будет действовать значительный перепад дав лений. Снятие внешнего давления приводит к восстановле нию размеров оболочек и быстрой десорбции жидкости. Так,
28
быстрый подъем каротажных кабелей из скважин сопровож дается десорбцией жидкости между проволоками брони в виде струй длиной 2—3 м. Поскольку коэффициент сжи маемости жидкостей мал, то деформация изоляционных и защитных оболочек происходит в пределах их упругости, и они остаются работоспособными. Изложенное подтверждает следующий расчет: при давлении столба жидкости на забое скважины 150 кгс/см2 сжимаемость воды при 90°С состав ляет 4,5°-10-5см?,'кгс [73]; объем воды, сжатой до 150 кгс,см2, при снижении давления до атмосферного увеличивает ся на 0,7%. Такому увеличению соответствует увеличение диаметра шланговой оболочки всего на 0,85%, т. е. в пре делах ее упругости, и не может повлечь за собой разрыв оболочки.
Иное действие на изоляционные и защитные оболочки кабеля газов, присутствующих в скважинной жидкости. Их молекулы, особенно при высоком газовом факторе—180 и более M sj m нефти, очень быстро по сравнению с молекула ми жидкости проникают через оболочки, заполняют поры и расслоения, а также объемы под ними. Обладая большим коэффициентом сжимаемости, эти газы при снятии внешне го давления (подъеме кабеля) быстро десорбируются, соз давая большие радиально-направленные нагрузки на обо лочку. Последние могут значительно превосходить прочность оболочек, что приводит к их разрыву. Следует отметить, что изоляционные и шланговые оболочки каротажных бро нированных кабелей, в отличие от небронированных и ка белей в ленточной броне для электропитания погружных нефтенасосов, не разрываются из-за сравнительно неболь шого времени непрерывного пребывания кабелей в скважи нах и высокой механической прочности и упругости их двухслойной проволочной брони. Однако насыщение оболо
чек этих кабелей газом |
приводит к увеличению |
их объема |
|||||
и создает дополнительную осевую нагрузку на кабель |
Ргаз • |
||||||
При подъеме из кабеля, |
бывшего |
в газированной |
жидкости |
||||
(нефть, буровой раствор) или |
газовой |
среде под |
большим |
||||
давлением, выделяется |
газ, |
создавая |
своеобразный |
шум |
|||
(шипение, потрескивание). Поскольку |
при |
больших |
давле |
||||
ниях в скважине часть |
газа, |
проникшего |
под |
защитную |
|||
(шланговую) оболочку, |
находится |
в сжиженном виде, пос |
|||||
ле подъема из скважины внутри кабеля длительное |
время |
||||||
может поддерживаться давление, |
равное давлению испаре |
ния сжиженного газа.
К увеличению объема изоляционно-защитных оболочек, а следовательно, и напряженного состояния в броней жилах, очевидно, приводит и набухание оболочек в скважинной жид кости. Под действием увеличенного объема, ограниченного
29