2 час. до 1 суток температуры на граничных уровнях сос тавили 75-f-180°C. Отсюда максимальные температуры ло кального разогрева нижнего конца кабеля составляют, соот ветственно, 45 и 90°С; приблизительные значения Клок для 1 = 0,3 и 0,8 км равны, соответственно, 75/30=2,5 и 180/90=2.
Некоторые кабели для работы в скважинах имеют не круглую, а плоскую форму (рис. 65). Это относится, в част-
Рис. 65. Разрез плоского кабеля типа КРБП (КПБП).
ности, к кабелям для электропитания погружных нефтенасосов, где плоскую форму может иметь вся длина или часть длины его (переходящая из круглой части кабеля или сое диняющаяся с ней через муфту). Тепле вой расчет плоского кабеля необходимо проводить для жилы, находящейся в наиболее тяжелых температурных условиях. Тепловое соп ротивление изоляции жилы можно определить так же, как и тепловое сопротивление изоляции кабеля с круглым се чением.
Для возможности использования формулы теплового сопротивления шланга, выведенной для теплового поля коак сиальных цилиндров, приведем поверхность шланга плоско го кабеля к поверхности круглого шланга. Для этого опре делим эквивалентные диаметры по внутренней и внешней поверхностям шланга:
* |
ТС |
9 |
|
|
іл _ |
4BJ -f яВі |
|
(4—4—57) |
Ua------- ä |
|
' |
|
|
где Bj — диаметр жилы по изоляции. Тепловое сопротивление шланга
|
D |
?т. шл , |
Рт. шл , 4в1 + * В1 |
(4 - 4 -5 8 ) |
|
Ш1 Ü |
~ W ln Di " |
1 Г |
ІП 4ві +■ «В • |
|
|
Ориентировочная (минимальная) поверхность тепловыде ления для средней жилы на единице длины кабеля составит
S , - 2 B„ |
( 4 - 4 - 5 ,) , |
а для каждой из крайних жил |
|
Я В , |
(4 -4 -6 0 ) |
Sa — Ві + IT 1 |
Тогда общая поверхность тепловыделения по шлангу будет
Эобщ - 2В , + 2В , -I- т:В - 4В , -і - В . |
( 4 - 4 - 6 1 ) |
Отношение поверхности тепловыделения по шлангу цент ральной жилы к общей поверхности тепловыделения по шлангу будет иметь вид
S 2в,
(4 -4 -6 2 )
^общ 4в,-[-яВ
Тепловое сопротивление шланга, приходящееся на сред нюю жилу, ориентировочно можно определить умножением R T . ш на у. Таким образом, расчет допустимого тока в этом случае можно проводить так же, как для одножильного кабеля, имеющего тепловое сопротивление изоляции
|
|
р |
_ |
Рт- из . |
В 1 |
|
(4 -4 -6 3 ) |
|
|
Кт- |
иэ - |
“ йГ_ ш 2 г,' |
|
|
|
|
|
|
Тепловое сопротивление шланга |
составит |
|
|
г» |
/ Рт. шл |
4ві |
*В і\ |
2ві |
(4 -4 -6 4 ) |
|
Кт. шл |
( |
2я |
Ш 4 в, + яВ /4в,+ яВ’ |
|
|
|
а подушки под броню |
|
|
|
|
|
П |
— ( Рі- под In °3 ) |
2ві |
|
(4—4—65) |
|
Кт. п о д -^ |
2п |
n D j/ |
4в,-(- яВ,’ |
где D3—ее эквивалентный внешний диаметр.
Изложенная теория позволяет проведение уточненных электрического и теплового расчетов кабелей, погруженных в скважины с изменяющимися по стволу параметрами сре ды, как для любой его точки при помощи дифференциаль ных уравнений, так и для погруженной в скважину части кабеля в целом при помощи расчетных уравнений, получен ных интегрированием дифференциальных уравнений неодно родной линии.
Решая полученные расчетные уравнения для интеграль ных значений характеристик относительно геометрических размеров, можно рассчитать оптимальные характеристиче ские размеры, т. е. конструкции кабелей для заданных экс плуатационных условий, а также прогнозировать их пове дение в работе.
\ А'доп
Важной является также возможность обоснованного опре деления по этим формулам предельно-возможных длин ка белей для работы в конкретных геофизических условиях.
Решая полученные уравнения относительно длины L, можно определить такое ее значение, при котором кабель как линия связи соответствует критериям работоспособности по всем электротеплофизическим характеристикам.
При этом представляется возможность расчета не только общей длины погруженного в скважину кабеля, но и длин участков кабеля с комбинированной по длине изоляцией1. Проиллюстрируем это примером. Учитывая, что обратная величина общего сопротивления изоляции такого кабеля равна сумме обратных значений сопротивления изоляции
каждого участка | R
полагая, что Rt = Rі\ 2
V |
1* \ |
и Для упрощения выкладок |
= 2 |
JR- |
гп '
=...== Rn, можно записать:
|
|
|
Кс (R„S)PH TKR„3Kt ln ^ lH lL 0 |
Rиз. уч |
Rx |
п < |
(4 -4 -6 6 ) |
|
|
|
27c[exp(TKRII3Kt L)—1] |
|
где |
Rдоп *п, |
ом - минимально-допустимое |
сопротивление |
изоляции |
участка (п — количество участков |
изоляции); |
Rдоп» |
ом — минимально-допустимое общее |
сопротивление |
изоляции кабеля (при проведении каротажных работ оно составляет 2 • ІО6 ом, перфораторных—5 - ІО5 ом).
Отсюда длина каждого |
участка изоляции |
с учетом темпе |
ратуры может быть определена по формуле: |
Кс (R„3)P„ TKR„3Kt ln -ІИ П 2 |
D |
|
In |
2 *Rwn • n |
■ +1 |
ч |
|
L < |
TKR,,3-Rt |
|
|
|
Kc (R„3)P„ TKRH3Kt ln |
K 1(T. P) D |
|
|
|
ln |
”Кдоп • n |
|
(4—4—67) |
2 |
|
TKRH3Kt
Целесообразно, чтобы минимально-допустимые сопротив ления изоляции участков увеличивались по мере прибли жения последних к призабойному концу, т. е. к наиболее
горячей зоне (ку> 1 ): |
(4 - 4 -6 8 ) |
R n ^ k y R n - ь |
где ку > 1 .
1 Технология сростки разнотипной |
по длине изоляции |
(Ф-4(4Д) + Ф- |
- 40Ш, ПЭНД + Ф - 41.111, РМПЭВД |
+ Ф-4СШ и др.) |
разработана |
ТаінНИКИ при участии автора. |
|
|
При этом сопротивление изоляции первого участка должно быть меньше минимально-возможного его значения, опре деленного из условия равенства Киз всс-х участков, т. е.
При конструировании двухступенчатой изоляции можно при-
|
^ 1 Кдоп |
|
случае: |
пять Rt = 0,7 • nR,TOm Ra — р'дітв— и в этом |
|
Ri-Кд |
|
|
к с (RH3)PH •TKRH3Kt m W |
|
In |
|
|
(4 —4—70) |
и |
TKR„3 •K t |
|
|
|
|
Kc (RHS)pH TKRH3K t lu --‘(Td^ -D- |
|
In |
^ ^доп |
|
|
Lo X |
|
(4 - 4 -7 1 ) |
TKR113 ■ Kt |
|
|
|
|
В случае, если |
изоляция кабеля |
состоит из |
3-х участков, |
можно принять: R, =0,6-3 R,wn= 1 . 8 |
РДОп, R2 = 1,6 /?, = 2 , 8 8 Raon. |
|
Ri • Ra • R, |
|
(4 - 4 -7 2 ) |
Ra —DгГ |
|
В этом случае: |
R1 R2 — RJ0n(Ri л- Ra)' |
|
|
|
|
Kc (R„3)PH •TKRH3K t . n |
^ |
|
ln ____________;________ _ |
_ ____ |
|
L ‘ ^ |
TKRH3 •K^ |
’ |
(4 —4 — 73) |
K c (RH3)PH TKRH3Kt |
|
|
i n ______________________ 9___ |
|
L 2 < |
T K R h3 ■ Kt |
> |
( 4 - 4 - 7 4 ) |
Kc (RH3)PH TKRH3Kt ln ^ |
£ > £ |
|
ln ----------------—__________ “___ |
|
L 3 < |
fK R H3 •I<i |
* |
(4 —4 — 75) |
Подобным образом могут быть сконструированы участки в случае произвольного их количества. Из соображений прак тической целесообразности изготовление кабеля с количест вом участков изоляции более 4 маловероятно. В случае 4-х- ступенчатой изоляции можно, например, принять: R4 = 0,5 X X 4 RÄOn = 2 Ид«,, Rs = 1,5 R2 = 3 Rao„, R3 = 2,7 Ro =8,1 RДОП,
Ri |
Клоп ■Ri • RJ • R3 |
:24 R 0 |
(4 -4 -7 6 ) |
R1R2R3 — RAOn(RiRa + R1R3 TR2R3) |
■ДП, |
|
|
|
|
T. e. R4 = 2,96 R*.
При расчете L ь L>, L, и L4 сопротивления изоляции участков составляют, соответственно, 12,5 Кдоп, 18,9 Идол, 51 RÄOn и 151 Идол-
Расчет сопротивления изоляции кабеля с непрерывно из меняющейся по длине теплостойкостью сдостаточной для прак тики точностью может быть произведен по формуле, при меняющейся для расчета R„ 3 кабеля с однородной по длине изоляцией, но вместо рн должно быть подставлено эквива лентное его значение, ом-см:
628 Ки •L
рн.экв —-----— * |
(4—4—77) |
1пг7
где R„3 , ом — экспериментально определенное сопротивление изоляции кабеля (жилы) с непрерывно изменяющейся по длине теплостойкостью при нормальной температуре.
L, м— длина кабеля (жилы).
При расчете длины каждого участка имеется в виду, что Рн — удельное объемное сопротивление изоляции при началь ной для каждого участка температуре, TKRH3 — температур ный коэффициент сопротивления изоляции в температурном интервале, приходящемся на данный участок.
Выражая рн в ом ■см, Kt — в°С • см~\ TKRH3 — в ®С-1, Клоп — в ом, получим длину участка в см.
Полученные уравнения позволяют также определение оптимальных значений рн и TKRH3 при остальных заданных значениях входящих в них параметров.
Поскольку каротажные кабели широко применяются в морской геофизической разведке и других работах в морях, где с увеличением глубины погружения температура пони
жается, |
при использовании приведенных выше формул для |
случая |
работы кабеля в море перед Kt необходимо поменять |
знак на |
противоположный. Теория расчета учитывает, в ос |
новном, |
обратимые изменения характеристик кабеля вслед |
ствие сравнительно кратковременного влияния температуры
и давления эксплуатационной среды и других |
факторов, |
хотя в некоторых случаях коэффициенты Кс для |
емкости, |
электро-и теплопроводности позволяют учесть влияние дли тельности эксплуатации на эти характеристики.
Дальнейшего уточнения данной теории расчета можно достичь учетом влияния взаимодействия среды с элементами конструкции кабеля, а также компонент механических нап ряжений на его характеристики—ипр, е, R«, RH3 и т. д. Пос кольку сорбция изоляцией жидкости и газов, являющаяся одним из результатов этого взаимодействия, возрастает с увеличением давления и температуры, т. е. глубины сква жины, то коэффициенты Кс, характеризующие влияние взаи
