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

рования каротажных кабелей строительной длиной 750J м, обеспечивает примерно тройной запас прочности. С целью достижения двухкратного запаса для каротажного одно­ жильного кабеля строительной длиной > 15 000 м необходима разработка проволоки с > 250 кгс,мм1. Достижение высо­ кого предела прочности проволоки сопровождается увели­ чением ее жесткости и приближением предела текучести к пределу прочности (отек-*-в). Так, увеличение ов с 180 до 200 кгс'мм? приводит к увеличению атек от 0,92 до 0,94 ав .

ЧМТУ

Проволока по НИИМет“ № 145—65 проходит предваритель­

ную деформацию при усилии, близком к разрывному, что влечет за собой обрывы проволок на деформаторе и т. д , т. е. уменьшает технологическую и эксплуатационную на­ дежность работы брони и кабеля в целом. Отсюда очевид­ на необходимость интенсификации работ по получению про­ волоки с оптимальным соотношением прочностных и вяз­ костных свойств.

Наряду с дальнейшими работами по созданию износо­ коррозионностойкой проволоки для брони целесообразно применение защитных полимерных покрытий, обладающих малым коэффициентом трения, по каждой проволоке или повиву брони. В этом случае можно исключить кручение кабеля вследствие применения в наружном повиве брони проволок меньшего диаметра, чем во внутреннем. Можно ожидать, что, кроме известных преимуществ, некрутящийся кабель будет иметь еще и меньший абразивный и уста­ лостный износ.

При трении проволок между собой (в повивах и между ними), а также о буровой раствор и стенки скважины, мо­ жет иметь место так называемая фретинг-коррозия (частный случай коррозии при трении), проявляющаяся в виде точеч­ ных повреждений. При ней в начальной стадии износа про­ исходит удаление тонких защитных окисных слоев, во вто­ рой—перенос металла (индукционный период'. Из известных металлов наибольшему износу подвергается кадмий и цинк [201]. Исходя из того, что последний обычно применяется в качестве защитного покрытия для проволок брони, неэф­ фективность его (особенно при учете сравнительно низкого

272

качества)1 очевидна. Это подтверждается и практикой экс­ плуатации кабелей.

Вредный эффект фретинг-коррозии снижается в случае уменьшения амплитуды колебания трущихся поверхностей, например, увеличением контактного давления трущейся па­ ры или специальной обработкой трущихся поверхностей для увеличения трения. Вследствие этого амплитуда колебаний почти полностью смещается в область упругих деформаций.

Для защиты от фретинг-коррозии на металлы наносят пленки эластичного материала. Отмечено [220], что поли­ тетрафторэтилен хорошо работает на износ в паре со сталью. Сопротивление металлов усталости вследствие фретинг-кор­ розии довольно резко уменьшается при нагрузках, начиная с очень небольших (например, для А1—0,0140,13 кгс/мм2). Причина этого явления, видимо, в том, что некоторые окислы, образующиеся при фретинг-коррозии, гигроскопичны и поэ­ тому могут ускорить развитие коррозионной усталости [220]. Не исключено также, что внутрижильный сдвиг при работе кабеля в окислительной среде (жидкой или в воздухе) в режиме циклических нагрузок, наряду с появлением вто­ ричных деформаций, также может привести к снижению усталостной прочности токопроводящей жилы. В связи с этим в защите от фретинг-коррозии нуждается не только броня, но, видимо, и жила. Внутрижильный сдвиг можно умень­ шить скруткой повивов и стренг в направлении, противопо­ ложном направлению скрутки жил в кабель [157] и др.; трение между проволоками—введением „смазки“, например, покрытием некоторых из них материалом с малым коэффи­ циентом трения. Что же касается брони, то защита ее про­ волок пленками из политетрафторэтилена или других элас­ тичных полимеров с малым коэффициентом трения весьма целесообразна, особенно в случае работы их в морских условиях с циклическими перемотками через ролики и бло­ ки. Однако возможно определенное увеличение срока служ­ бы и при работе подобных кабелей в скважинах, так как ожидается уменьшение абразивного износа брони и вред­ ного эффекта фретинг-коррозии не только на наружной по­ верхности второго повива, но и на контактных поверхнос­ тях первого и второго повивов, обращенных друг к другу.

Недостатки медных и стале-медных жил, особенно проявляющиеся при повышенных температурах эксплуата­ ции (см. гл. 2, § 4, 5), заставляют обратиться к сплавам, обладающим в этих условиях оптимальным соотношением электрических (электропроводность), механических (преде­

1 Прочность покрытий, вероятно, можно резко повысить дпффнзионной сваркой в вакууме или инертной среде.

лы ползучести и прочности при разрыве, пластичность) и эксплуатационных (стойкость к коррозии) свойств. К ним относятся сплавы меди с оловом и другими металлами— бронзы, латуни и низколегированные (с общим количеством добавок разных элементов—1%) сплавы, например, хромо- олово-титановый (ХОТ). Из них только последний нашел пока применение в опытных каротажных кабелях. Легирую­ щие добавки в нем составляют: хром—0,3 -f 0,5%, олово— 0,15—0,25, титан—0,05—0,12. Из бронз наибольшей элек­ тропроводностью обладают хромистая (Бр.Х0,5) и бериллиевая (Бр. Б-2), но их электропроводность приблизительно

ление жилы из сплава ХОТ составляет 31,5 ом/км, что на­ ходится в пределах эксплуатационных требований; оно может быть уменьшено комбинацией проволок из мягкой меди и сплава ХОТ. Соединение проволок из сплава ХОТ, как и медных, производится при помощи пайки, технология ко­ торой рассмотрена в [92] и др.

С в а р к а и т е р м о о б р а б о т к а с т а л ь н ы х п р о в о ­

щих кабелей для нефте-газовой промышленности и спе­ циальных назначений возникает необходимость соединения применяемых в их конструкциях высокоуглеродистых (0,6— 1,2%) стальных проволок. Вопрос о влиянии качества свар­ ного шва на надежность грузонесущего кабеля имеет прин­ ципиальное значение. Улучшение качества сварки уменьшает вероятность излома проволок токопроводящей жилы и гру­ зонесущего элемента (брони) во время технологических переделов и эксплуатации. Кроме того, уменьшение вероят­ ности обрыва проволок в местах сварных соединений поз­ воляет перейти к практическому рассмотрению вопроса о снижении себестоимости кабелей путем изготовления боль­ ших строительных длин, выполненных соединением участ­ ков с комбинированной, различной по длине изоляцией [111].

По ряду причин, в частности простоты технологического процесса и оборудования, из всех способов йредпочтительна сварка встык сопротивлением [41, 164]. Полученные Бабициным, Разуваевым и автором результаты [119] сварки углеродистых проволок, проведенной на аппаратах МС-3 и

274

MC-О,75 при некотором усовершенствовании процесса тер­ мообработки сварного шва, в какой-то мере подтверждают эту точку зрения. В случае, если свариваемые проволоки имеют одинаковые и постоянные по всей длине сечения, а температура в каждый момент времени одинакова по всему сечению, температурное поле зависит только от одной ко­ ординаты (длины 1). При нагреве проволок из одинакового металла температура в свариваемом стыке (1 = 0) в любой момент времени будет равна [41]

и — периметр проводника, см;

s —площадь поперечного сечения свариваемого провод­

вытекает из уравнения (3—6—1), основными контролируемы­ ми при сварке факторами, влияющими на нагрев проволок, являются г и і. Поскольку qKзависит от контактного соп­ ротивления, а последнее—от усилия сдавливания (осадки) проволок при сварке, то третьим контролируемым при свар­ ке фактором может служить усилие сдавливания р. Су­ ществуют некоторые не вполне количественные способы оп­ ределения качества сварки, например, по форме грата и количеству его лепестков [164]. В зависимости от распре­ деления температуры вдоль свариваемых проволок и вели­ чины осадочного усилия получается различная форма сва­ ренных стыков (форма грата). Грат, имеющий три-четыре лепестка с гладкой поверхностью (рис. 46), служит приз­ наком удовлетворительного качества сварки; увеличение же числа лепестков (свыше четырех) и появление рыхлости свидетельствует о низком качестве. Кроме того, качество сварки зависит от установочной длины и длины вылета про-

275