1 —100-ГІ30; 2—130 1 190; 3—190-1-250. В первом и третьем
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
интервалах увеличение давления с 1 0 0 |
до 1 2 0 0 кгс'ісм1умень |
шает электропроводность в |
2,3 — 3 раза, |
во |
втором — в |
1,4 -1,7 . |
|
|
зависимости |
электропровод |
Немонотонность барической |
ности обусловлена следующими |
причинами. В |
первом |
тем |
пературном |
интервале уплотнение |
материала |
и |
повышение |
содержания |
кристаллической |
фазы |
с |
ростом давления |
вы |
зывает уменьшение объемов, |
в |
которых происходит пере |
мещение радикалов, сегментов молекул и увеличение взаи модействия при сжатии, вследствие чего растет потенциаль ный барьер, препятствующий перемещению носителей тока в направлении поля. Во втором материал находится в вы сокоэластическом состоянии, вязкость значительно снижается. Согласно [17] последнее сопровождается повышением элек тропроводности, очевидно, в связи с уменьшением сопро тивления перемещению ионов-носителей. Повышение давле ния увеличивает вязкость, в результате чего несколько уменьшает электропроводность, причем это уменьшение значительно меньше, чем в первом интервале. В третьем увеличивается дезориентирующее влияние теплового дви жения в полимере, но в то же время значительно повы шаются концентрация ионов-носителей в единице объема и силы взаимодействия частиц при сжатии полимера. Прева лирование суммы первого и третьего факторов над вторым способствует заметному уменьшению электропроводности
сростом давления.
Вотличие от неполярных и слабополярных, электро проводность полярных диэлектриков (например, изоляцион ных резин) в наблюдаемых случаях [117] всегда увеличи вается с повышением гидравлического давления, что, видимо, обусловлено как увеличением концентрации ионов-носителей в единице объема, так и, главным образом, диффузией жидкой электропроводящей среды, усиливающейся под дав лением. Уменьшение полярности (следовательно, и гидро фильное™), увеличение степени структурирования приемами вулканизации, а также защита дополнительными оболочками уменьшают электропроводность изоляции вследствие созда ния дополнительного сопротивления передвижению ионов носителей. При некоторой оптимальной степени структури рования резиновой изоляции, по-видимому, можно добиться независимости электропроводности от давления и, возмож но, даже некоторого снижения ее с увеличением давления. Если же сжатие изоляции проводить при помощи не воды,
адругой неполярной жидкой среды (например, трансфор маторного масла) или механического давления, то можно ожидать уменьшения электропроводности резины с увели
чением давления, так как в этом случае резина может вес ти себя подобно неполярному,вернее слабополярному по лимеру.
Поскольку буровые растворы и другие среды, в которых работают кабели в скважинах, имеют значительно меньшую полярность и электропроводность, чем вода, увеличение элек тропроводности изоляции (имеются в виду кабели с рези новой изоляцией) с ростом давления, очевидно, происходит менее резко, чем при испытаниях в воде в установке вы сокого давления и температуры. Поэтому испытания в во де—ужесточенные, а это служит предпосылкой повышения эксплуатационной надежности создаваемых изделий.
Описанные результаты качественно хорошо согласуются с результатами исследования влияния давления на электро проводность ионных кристаллов [243]. В связи с изложен ным можно ожидать существенного уменьшения электро проводности неполярных и малополярных диэлектриков при высоких давлениях. Высокому давлению в скважине обычно сопутствует высокая температура, а эти факторы действуют на содержание кристаллической фазы в полимере противо положно. Так, у РМПЭ характерная величина давления (критическое давление), начиная с которой электропровод ность уменьшается, с увеличением температуры сдвигается в область больших давлений. Регулируя давление при за данной температуре, в принципе можно направленно изме нять свойства изоляции и добиться получения оптимальных электрических и других физических характеристик.
§ 2. РАСЧЕТ ОДНОРОДНЫХ ПО ДЛИНЕ КАБЕЛЕЙ. УЧЕТ ИЗМЕНЕНИЯ ГЕОМЕТРИИ (D/d) ПРИ НАХОЖДЕНИИ КАБЕЛЯ В СКВАЖИНЕ
В номенклатуре кабельных изделий можно выделить группу специальных кабелей, осуществляющих электриче скую и механическую связь двух объектов, удаленных друг от друга на значительное расстояние. К ним относятся ка бели для электробурения, каротажные и др. В подобных же условиях работают кабели для электроподогрева нефтя ных скважин с целью увеличения их дебита, а также си ловые для электропитания глубинных нефтенасосов (пос ледние не несут механических нагрузок), канаты с токо проводящими элементами и др.
До опускания в скважину кабель представляет собой однородную систему и может быть рассчитан по известным методикам. При нахождении в скважине параметры по его длине изменяются, так как в общем случае изменяются температура и давление вдоль ствола скважины. Эти усло вия эксплуатации особенно характерны для каротажных кабелей. Остающийся на поверхности (на барабане )отрезок
кабеля является однородной системой (разумеется, при ус ловии стабильности заводской технологии, свойств приме ненных материалов и соблюдения одинаковых габаритных размеров по длине кабеля). Погонные электрические пара метры однородного кабеля при температуре Т °С могут быть рассчитаны по известным формулам:
электрическое сопротивление жилы постоянному току
(ом/км):
|
|
Кж(т) =■* |
с------ » |
|
(4—2—1 ) |
|
сопротивление изоляции (Мом-км): |
|
|
|
R |
H 3 (T ) = 0,366 риз(т) 10-Ulg Д/d. |
|
(4—2—2) |
Для многожильного кабеля lg Д/d заменяется |
на IgG, где |
G—геометрический фактор. Индуктивность |
бронированного |
каротажного одножильного кабеля (гн!км) при |
нормальной |
температуре можно рассчитать по формуле Цыпченко |
V |
^абс " ІО3 |
ІП |
|
ІП ■ |
|
(4 - 2 - 3 ) |
2 я |
|
А |
|
r'l) 2 |
О ’ |
гж 2 ( Гк - |
|
|
|
|
Учитывая, что выражение, входящее в квадратную скобку,
для каждой конструкции |
|
представляет |
собой |
постоянную |
величину, |
зависящую |
от |
геометрических размеров, [4—2—3] |
запишем в виде |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где |
|
І /= ^ |
2 * |
• А, |
|
л |
( 4 - 2 - 4 ) |
|
|
In |
Гк . |
|
Г 1 |
|
|
А = |
|
— + In — - |
|
|
|
|
АТ |
|
Г1 |
|
гж |
2 ( |
?)J |
Очевидно, |
что |
т |
_ |
^абс(т) |
|
Юз |
|
|
2 -5 ) |
|
|
-(Т) — |
2 я |
|
■А. |
|
Электрическая емкость (. |
|
|
|
будет выражена как |
|
'Ці2- |
|
икф'км) |
|
|
|
|
|
|
|
С(т) — С(Т) •К, |
|
|
( 4 - 2 - 6 ) |
|
|
|
|
|
1 8 1п |
д • |
|
|
|
Пробивное напряжение изоляции {кв) |
определяется следую |
щим образом: |
|
|
|
|
|
|
|
|
(4—2—7) |
|
Unp(T) - Епр(т)rinД/da. |
|
Коэффициент затухания (дб\км) (для случая, |
если прямой |
и обратный провода коаксиала—медные) составит |
2 , 6 |
• 1 0 _3K |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
а (Т) — |
Д |
- ( д + Й + 9,08 • 10~5 f^e(TjtgO(T),( 4 - 2 —8) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где рж(т) —удельное |
сопротивление |
жил |
при |
температуре |
|
Т°С, ом • мм2Ім,; |
|
|
|
|
|
|
SSKB—эквивалентное (с учетом воздушных зазоров) се чение жилы, мм2-,
Риэ(т) — удельное объемное сопротивление изоляции при температуре Т°С, ом ■см;
d и Д — диаметры внутреннего и внешнего проводов коак
|
сиала, соответственно; |
проницаемость |
при |
Т°С, |
Рабсд) — абсолютная |
магнитная |
|
гн/м; |
заготовке кабеля под броню; |
|
|
г, —радиус по |
|
|
г« — радиус кабеля по 2 -му |
повиву брони; |
и неизо |
гж и г — радиусы соответственно |
изолированной |
К3 |
лированной жилы; |
|
|
|
— коэффициент, учитывающий форму внешнего про |
|
вода (наличие воздушных промежутков); для оп |
d3 |
летки К3 = 0,98; |
внутреннего провода; |
для |
— эквивалентный диаметр |
|
семипроволочной жилы d3 = 0,934 d [13]; |
|
sw и tgS(r>—диэлектрическая проницаемость и tgö |
изоляции |
при температуре Т°С соответственно; Епр(т) — электрическая прочность изоляции при Т°С, кв/мм;
f —частота, гц.
Поскольку приведенные формулы не учитывают особен ностей работы кабеля в скважинах, ясно, что значения электрофизических характеристик его при нахождении в скважине, рассчитанные по методикам для однородных сис тем, могут значительно отличаться от истинных.
Каротажный кабель, осуществляющий электрическую и механическую связь скважинной аппаратуры с наземной из мерительной станцией, при нахождении в скважине являет ся неоднородной линией.
Очевидно, уравнения для расчета его электрофизических характеристик должны учитывать, по крайней мере, два закона: 1 ) распределения параметров среды по стволу сква жины, известного из геофизической практики, 2 ) изменения
|
|
|
|
|
|
удельных характеристик его |
конструктивных элементов от |
параметров среды (температура, давление и т. д.). |
|
При |
разработке методики |
расчета |
принято допущение |
о том, |
что температура |
в различных |
точках кабеля |
соот |
ветствует температуре |
окружающих |
слоев бурового |
раст |
вора. Правомерность его подтверждается опытными данны ми, согласно которым нагрев кабеля от 20 до 95°С происходит в течение 3 мин., до 150°С —в течение 6 —7 мин. В дейст вительности же, поскольку кабель пс мере погружения уже нагревается, время нагрева нижнего конца его будет еще меньше, так как он переходит к слою с повышенной тем пературой уже нагретым до температуры предыдущего слоя и требуется время только для нагрева на перепад темпера-
