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

(конструкции СКБ КК), облучение изоляции (ПЭВД) кото­ рых производилось ^-излучением Со-60 на изотопной ус­ тановке ИЯФАН УзССР (РХА-Н, табл. 25).

В процессе эксплуатации в УзССР кабелей марки КОБДП-6, изготовленных заводом „Ташкенткабель“ в 1968—

Данные по эксплуатации каротажного кабеля КОБДП-6 в Андижанской промыслово-геофизической экспедиции УзССР

(по состоянию на конец 1970 г.)

тивление изоляции на всю длину каж­ дого кабеля—в интервале 42 -;6 J Мом.

В ТашНИКИ в 1971 г. разработан, изготовлен с приме­ нением РХА-ІІ и отправлен на эксплуатационные испытания 12жильный каротажный кабель строительной длиной 1500 м для проведения сейсмических исследований в сква­

жинах методом обращенных годографов. Радиационно-модифицированный полиэтилен начинает

применяться и в других кабелях для нефте-газовой про­ мышленности, в частности силовых для электропитания пог­ ружных нефтенасосов и др. При этом не ^всегда пресле­ дуется цель только повышения теплостойкости кабелей.

243

Применение этого Материала повышает их эксплуатацион­ ную надежность независимо от температурных условий эксплуатации.

Опыт изготовления и эксплуатации каротажных кабелей с изоляцией из облученного полиэтилена свидетельствует об экономической целесообразности серийного производства их взамен кабелей с резиновой изоляцией, изоляцией из Ф-40Ш и других материалов.

Практический интерес, кроме сшивания полиолефинов (в частности полиэтилена), представляет радиационное сши­ вание каучуков, химическая вулканизация которых сопря­ жена с большими трудностями (силиконы, фторкаучуки и др.), а также компонентов композиций, например, резин с полиолефинами. В последнем случае необходимую для сши­ вания дозу можно снизить до безопасной для резины ве­ личины введением в полиолефин полифункциональных или бифункциональных мономеров. Ценными свойствами радиа­ ционных вулканизатов являются их лучшие, чем у хими­ ческих (серных), механические свойства при высоких тем­ пературах и большая стойкость к окислительной деструк­ ции, что объясняется прочностью связи С—С, в полтора раза превышающей прочность связи S—S в серном вулканизате. Максимум прочности на разрыв облученного каучу­ ка приходится на поглощенную дозу 30 Мрад, однако он меньше величины, получаемой в продуктах химической вулканизации. Этот недостаток восполняется большей стой­

черного вулканизата снизилась до 15% исходного состоя­ ния, радиационного—до 58, относительные удлинения умень­ шились, соответственно, в 5 и 1,2 раза [139]. Преимуще­ ство радиационных вулканизатов выражается также в от­ сутствии в них остатков вулканизующих агентов, особенно перекисей, которые по данным [139] являются причиной разрыва главных цепей, приводящего к потере прочности химическим вулканизатом при высоких температурах. Осо­ бый интерес представляет радиационное сшивание полидиметилсилоксанов (силиконовых каучуков); оптимальные механические свойства достигаются при дозах до 10 Мрад.

§ 5. ВОПРОСЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОЧНОСТИ ПОЛИМЕРНОЙ ИЗОЛЯЦИИ КАБЕЛЕЙ ДЛЯ НЕФТЕ-ГАЗОВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Большинство кабелей для нефте-газовой промышленности в настоящее время работают при невысоких напряженияхдо 500—1000 в. Вместе с тем в связи с высокими темпера­

244

турами, жесткими механическими условиями эксплуатации, большими длинами, увеличением общего времени нахожде­ ния изоляции кабеля в таких условиях, имеющейся тенден­ цией к повышению рабочих напряжений с увеличением глубин скважин, вопрос об электрической прочности изо­ ляции этих кабелей приобретает актуальное значение.

Некоторые типы кабелей для проведения работ в скважи­ нах, в частности, для питания погружных нефтенасосов, в настоящее время уже эксплуатируются при повышенных напряжениях—2300 и 3300 в. Стремление к миниатюризации приводит к уменьшению толщины изоляции, вследствие чего даже в низковольтных кабелях повышается напряженность электрического поля. Механические напряжения в изоля­ ции, обусловленные не только особенностями эксплуатации

циональное их подвижности в кабеле, линейно возрастает с его длиной [32J.

Степень кристалличности, следовательно и электричес­ кая прочность полиолефинов, применяющихся в качестве изоляции кабелей для нефте-газовой промышленности, сни­ жаются с увеличением температуры, т. е. глубины погруже­ ния кабеля в скважину.

Большие строительные длины кабелей для проведения работ в скважинах обусловливают увеличение вероятности наличия слабых мест в изоляции и уменьшения пробивного напряжения.

Эффект уменьшения пробивного градиента с увеличе­ нием размеров образцов диэлектриков установлен экспери­ ментально Фармером [225|. Ю. Н. Ван-Гаутом и Л. С. Сапиро по методу Зингермана [61, 62J на основе результатов испытаний коротких образцов рассчитаны пробивные нап­ ряжения для кабелей КШВГ, ГТШУ и КШВГ-2. Установ­ лено [31], что с увеличением длины для всех кабелей ве­ роятность появления более низких пробивных напряжений существенно возрастает. На длине 150 м пробивное напря­ жение для кабелей КШВГ снизилось с 77 до 56 кв, ГТШ—с

81до 53 кв, КШВГ-С-с 72 до 61,5 кв.

Кнастоящему времени явления пробоя достаточно полно систематизированы. Пробой разделяют на 2 стадии [27,162,

167J—подготовительную (потери электрической прочности)

245

и завершающую (разрушения). Предметом эксперименталь­ ных и теоретических исследований обычно является первая, определяющая пробивное напряжение и Бремя развития про­ боя (кривую жизни). Вторая стадия следует за первой, проте­ кает весьма быстро и приводит к образованию канала про­ боя в твердом диэлектрике [162]. Механизм первой стадии, в значительной степени зависящий от условий проведения эксперимента или эксплуатации диэлектрика, подразделяет­ ся на следующие виды: тепловой, электрохимический и электрический [27, 167, 1811. Первый происходит вследст­ вие непрерывно возрастающего нагрева диэлектрика за счет диэлектрических потерь и нарушения теплового равновесия

электронами и происходит при напряженностях поля поряд­ ка ІО6 в,см, когда в диэлектрике появляется добавочная,

246

электронная электропроводность. В отличие от теплового при электрическом пробое пробивное напряжение слабо за­ висит от температуры и времени ее приложения, а также толщины образца в случае однородности диэлектрика и рав­ номерности электрического поля [27, 37, 162, 167, 181, 187).

Электрохимическая форма пробоя вызывается электри­ ческим старением, в процессе которого изменяются состав и структура диэлектриков. Иногда эту форму пробоя назы­ вают ионизационной. Время от момента подключения напря­ жения к образцу до завершения пробоя называется време­ нем жизни; оно уменьшается с повышением напряжения, а во многих случаях и температуры [162].

Технически-чистые твердые диэлектрики под действием электрического поля ведут себя качественно одинаково. Согласно Бенингу [14|, все твердые диэлектрики, независи­ мо от структурного состава и происхождения, представляют собой компактно-дисперсные системы, получающиеся из кол­ лоидно-дисперсных структур после удаления из них жид­ кой фазы. Адсорбированные на мицеллах заряды (чаще отрицательные) прилипают к стенкам пор и каналов и яв­ ляются связанными ионами. Ионы же, находящиеся в остав­ шейся в порах жидкости (диссоциированном электролите), так называемые скользящие, легкоподвижны и нейтрализуют систему, что подтверждается явлением электроосмоса. При этом электроосмос наблюдается в диафрагмах как проводя­ щих (глинистый раствор), так и непроводящих материалов (шифер, электрокартон). Перемещение скользящих ионов способствует освобождению связанных, и при определенных напряженностях электрического поля происходит скачкооб­ разное перемещение связанных ионов к электроду противо­ положного знака, приводящее к разрушению материала.

Применение теории П. Бенинга оказалось весьма пло­ дотворным при объяснении и предсказании поведения широко­ го круга диэлектриков в электрическом поле. Кроме того, она дополнительно подтвердила теорию А. Ф. Иоффе о влиянии чистоты диэлектрика на его поведение в электри­ ческом поле. К этим диэлектрикам можно отнести и новые электроизоляционные материалы—радиационно-модифициро­ ванные полимеры, в частности ПЭВД.

ростом поглощенной дозы должна увеличиться „компакт­ ность системы“, и предполагать о возрастании электричес­

247