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

быстрый износ брони вследствие ее обдирания о кольца с неровными краями, образованные при сварке труб.

Долговечность различных кабелей по любым критериям может быть сравнена только при совершенно аналогичных условиях их эксплуатации, что требует длительного време­ ни для сбора данных и в строгом смысле слова вообще не­ возможно, так как условия работы могут изменяться во времени. Поэтому параметры надежности кабелей целесооб­ разно определять методом обработки статистических данных эксплуатации его в различных условиях и построением графи­

ков функций вероятности для tip и т общ1Работоспособность и эксплуатационная надежность кабе­

лей обеспечиваются при выполнении ряда мероприятий, ка­ сающихся конструирования, технологии изготовления и эксплуатации кабелей. Выполнение последних возможно при соблюдении технологической дисциплины, своевременной и качественной профилактики технологического оборудования, точном исполнении инструкций по транспортировке, хране­ нию и эксплуатации кабеля.

Рассмотрим критерии работоспособности основных эле­ ментов конструкции кабеля, выполнение которых обеспечи­ вает ее надежность.

Токопроводящая жила (ТПЖ). ТПЖ должна отвечать следующим основным требованиям: быть устойчивой к ме­ ханическим нагрузкам, передающимся ей от кабеля во всех возможных режимах его работы, обладать минимально-воз­ можным электрическим сопротивлением и быть достаточно технологичной. Каротажные кабели при эксплуатации под­ вергаются многократным воздействиям механических нагру­ зок, вызывающих в них упругие деформации растяжения, сжатия и изгиба. При этом в наиболее тяжелых условиях на­ ходится ТПЖ одножильного или семижильного кабеля, рас­ положенная в центре. По эксплуатационным данным, долго­ вечность кабеля резко снижает несоответствие механических характеристик ТПЖ условиям их работы в кабеле (т. е. пара­ метрам брони, поскольку броня и жилы работают совмест­ но). Так, применение медной ТПЖ в одножильном кабеле с резиновой изоляцией приводит к быстрому ее выходу из строя. Это обусловлено тем, что при любой величине упру­ гого растяжения кабеля в целом медная жила получает ос­ таточные удлинения (так как у меди остаточные деформа­

ции начинаются С у >0,2% ), а при снятии нагрузки, со­ провождающемся сжатием брони и кабеля в целом, прово­

1 Подробно вопрос о параметрах надежности кабелей рассмотрен в главе V.

40

локи жилы претерпевают продольный изгиб в виде петель синусоидальной формы („уточек“). При циклических нагруз­ ках в местах наименьшего радиуса кривизны „уточек“ про­ исходит обрыв проволок ТПЖ, носящий характер усталост­ ного излома, при этом возможны проколы изоляционной и защитной оболочек.

Поэтому основным критерием механической устойчивос­ ти ТПЖ каротажных кабелей можно считать превышение относительного и упругого удлинения ее при разрыве над относительным и упругим удлинением кабеля в целом:

Критерию (1—3—1) удовлетворяют ТПЖ с введенными в

них упруго-удлиняющимися элементами (стальные проволо­ ки, органические или синтетические сердечники). При этом следует рассматривать ТПЖ не отдельно, а в изоляционной (или изоляционно-защитной) оболочке, поскольку от тол­ щины последней и модуля упругости зависит величина до­ полнительных напряжений, передаваемых на проволоки жи­ лы. Оболочка оказывает существенное сопротивление сме­ щению проволок. В частности, образование „уточек“ в мед­ ной жиле может быть предотвращено применением оболо­ чек с повышенным по сравнению с резиной модулем упругости

идостаточной толщиной (фторлон-40Ш, сшитый полиэтилен

идр.). ТПЖ испытывает также напряжения, обусловленные кручением кабеля, поскольку кабели с утолщенными про­ волоками в верхнем повиве брони не уравновешены.

По данным Шахназаряна [195], условие нерастяжимости жил при кручении кабеля для свободной подвески груза

выражено в виде

кабеля.

Оба критерия при свободной подвеске груза аналогичны, поскольку в этом случае s/ѳ = —BjC. Выполнение критерия (1—3—3) при заданном гж требует уменьшения шага скрут­ ки до нереальной величины, или, при заданных конструк­ тивных параметрах брони, значительного увеличения радиу­ са жилы, следовательно, уменьшения толщины изоляционной оболочки, что в большинстве случаев недопустимо. Таким

41

образом, если условие (1—3—1) выполнимо всегда и пол­ ностью, то (1—3—3) можно осуществлять лишь в отдельных случаях, причем, частично. Минимум осевой деформации растяжения ТПЖ может быть достигнут в уравновешенной конструкции кабеля в случае, если диаметр проволок на­ ружного повива брони меньше диаметра проволок внутрен­ него повива. Однако применение такой конструкции брони нецелесообразно из-за малой ее долговечности. При усло­ вии значительного повышения абразивной стойкости или за­ щиты внешнего повива оболочкой, стойкой к абразивному истиранию, возможно создание кабелей, уравновешенных от кручения.

Качественное проведение электрометрических и взрывных работ с применением существующей каротажной и перфо­ раторной аппаратуры обеспечивается при электрическом сопротивлении всей цепи не более 250 ом. Поскольку температура в скважине неодинакова и увеличивается вдоль ствола по закону (1— 1—2), критерий пригодности жилы по электрическому сопротивлению постоянному току в процессе работы кабеля в скважине можно выразить в виде

его зависимость от температуры и ее распределения по ство­ лу скважины;

Кж<і> — зависимость сопротивления жилы от глубины по­ гружения кабеля при Kt = const.

Данная формула справедлива для электрометрических (ка­ ротажных) кабелей, а для силовых (электропитание погруж­ ных электродвигателей и других энергетических устройств) критерий можно представить в виде

применительно к рассматриваемым кабелям является ее электропроводность, оцениваемая в большинстве случаев по

42

обратному ей значению — сопротивлению изоляции (R„3). Минимальными границами RH3 всей погруженной в скважи­ ну длины каротажного кабеля являются: 1 Мом (электро­ метрические работы) и 0,5 Мом (перфораторные работы). С целью создания некоторого запаса по RH3 к каротажным кабелям обычно предъявляется требование обеспечения со­ противления изоляции всей длины не менее 2 Мом. В соот­ ветствии с этим критерий работоспособности изоляции ка­ беля по электропроводности в любой момент времени его эксплуатации будет выражен как

L

І

бели КТО, КТШ-2,4, КТШН-4).

Для силовых кабелей типа КРБК при их нахождении в сква­ жине

43