Для чего нужен нефтепогружной кабель
Применение и конструкция нефтепогружных кабелей
Подписка на рассылку
Рисунок 1 Нефтепогружной кабель используется для привода двигателей погружных насосов, которые применяются для того, чтобы откачивать нефть при бурении скважин (рис. 1). Вследствие специфики эксплуатации (а эти кабели работают погруженными в скважную жидкость, состоящую из смеси воды, газа и нефти), их приходится оснащать специальной полиэтиленовой изоляцией высокой плотности и броней из стальной ленты.
Материалы и особенности нефтепогружных кабелей
Такие кабели выпускаются зачастую в ПЭ-оболочке и с ПЭ-изоляцией. Их жилы параллельно уложены, скручены и зачастую обладают дополнительной защитой в виде стальных лент. Они не имеют какой бы то ни было грузонесущей способности, поэтому, чтобы избежать обрывов, которые могут возникнуть во время спуска в скважину, их соединяют специальными хомутами с насосно-компрессорной трубой.
Данный кабель имеет токоведущие жилы, выполненные из медной проволоки. Жилы также герметизируются продольно, однако разрешается изготавливать кабель нефтепогружной с жилами более 25 мм 2 без дополнительной герметизации.
Изоляция этих кабелей выполняется из полиэтилена, а поверх накладывается полиэтиленовая оболочка высокой прочности. Также возможна накладка подушки из лент прорезиненной ткани и брони на основе стальной оцинкованной ленты.
Нефтепогружной кабель и его рабочая температура
Температурный индекс кабеля может составлять от +90 до +120 градусов по Цельсию. Такая высокая устойчивость к продолжительному нагреву обуславливается применением металлической брони, предохраняющей поверхность самого кабеля от оплыва размягчившейся изоляции.
Особенности изоляции и применение нефтепогружных кабелей
Кабель в зависимости от сферы применения может иметь несколько слоев:
Токоведущие жилы выполняются медными или с эмалевым покрытием (КЭПБТ, КЭПБПТ).
Нефтепогружные кабели КПБП и КПБК
Существует несколько видов кабелей, применяющихся в нефтяной промышленности для питания электродвигателей скважин, КПБП (рис. 2) и КПБК (рис. 3) — самые распространенные из них.
КПБП — кабель с медными проводниками, изоляция которого выполнена из полиэтилена, обладающий плоской формой и имеющий броню из оцинкованных лент. Допускается эксплуатация при температуре до 90 градусов.
КПБК — кабель с медными проводниками круглой формы, бронированный, с изоляцией из полиэтилена и допустимой рабочей температурой до 90 градусов.
Такие виды кабелей имеют следующую конструкцию:
Сопротивление изоляции составляет не менее 2500 МОм/км, срок службы проводников — не менее 5 лет.
Особенности и конструкция нефтепогружного кабеля
Сегодня процесс добычи нефти происходит на большой глубине, в суровых макроклиматических районах. Агрессивная среда, воздействие химических смесей и растворителей, высокая температура создают потребность в износостойком нефтепогружном оборудовании и приспособлениях, в том числе – нефтепогружном кабеле.
Предназначение и отличительные свойства
Нефтепогружной кабель предназначается для подачи питания на погружаемое оборудование (нефтенасосы и нефтебуры) при перекачке жидкостей из резервуаров и водоемов, а также при бурении глубоких скважин.
Виды и конфигурация
В нефтепромышленности для питания электродвигателей применяются несколько видов кабелей, имеющих плоскую, круглую и др. формы. Устаревшие марки заменены на современные и востребованные модели: КПБП, КПБК, КППБП-120, КЭСБП-200 (230).
Нефтепогружной кабель имеет следующую конструкцию:
Токопроводящая жила может состоять из одной, двух или трех проволок. Между жилами проходит продольная герметизация.
До настоящего времени нефтепогружной кабель был снабжен свинцовой оболочкой, однако его выпуск был прекращен из-за высокой цены.
На сегодняшний день броня изготавливается из следующих материалов: сталь с мельхиоровым покрытием, оцинкованная или нержавеющая. Ширина металлической ленты составляет не более 20 мм, благодаря чему кабель отлично защищен от агрессивного влияния внешних факторов. К примеру, рабочая температура зачастую доходит до 120 °С. Многослойная броня же выдерживает подобные нагрузки в течение долгого времени. Она также препятствует расплыванию по кабелю размягчившейся изоляции.
Преимущество нефтепогружного кабеля – двухслойная защита из ЭП. Минусом изделия является слабый радиус гибкости.
Итак, из вышесказанного следует, что нефтепогружной кабель – достаточно прочный электрический проводник, применяемый в нефтепромышленности. Это изделие износоустойчиво к воздействию неблагоприятных условий окружающей среды, а также нефтяного сольвента и других растворителей.
Для чего нужен нефтепогружной кабель
В процессе бурения нефтяных скважин и последующего подъема нефти на поверхность используется большое количество разнообразных электроинструментов высокой мощности (буры, погружные центробежные насосы и аналогичные им устройства), работающие непосредственно в скважине. Для подачи к ним напряжения питания необходимы специализированные кабели, учитывающие специфику типовой области эксплуатации.
Требования к кабелю для нефтяной промышленности
Характерная особенность кабелей, которые относятся к группе нефтепогружных, являются чрезвычайно жесткие условия эксплуатации, которые определяются сочетанием таких влияющих факторов как
Все это в комплексе приводит к необходимости применения при разработке специализированных полимерных составов, которые используются для формирования изоляции отдельных жил и как материал общих защитных оболочек.
Наряду с нефтяными скважинами возможно использование при водооткачке из шурфов, подъема воды из различных водоемов и т.д.
Все эти особенности учтены при разработке погружного кабеля.
Требования к кабелям для УЭЦН
Согласно ГОСТ Р 51777-2001 нагрузкой для рассматриваемых кабелей являются установки (У) погружных электрических (Э) центробежных (Ц) насосов (Н). При этом из-за специфических условий эксплуатации линия для подачи электроэнергии на насос выполняется составной и включает в себя:
Касательно специализированного кабеля указанный нормативных документ определяет наличие в сердечнике трех основных жил и задает перечень материалов, которые используются при формировании изоляции и оболочек. Отмечено, что предельная температура жил во время эксплуатации за счет применения фторопластовой или этиленпропиленовой каучуковой изоляции может достигать 200°С.
В пустоты сердечника между основными жилами допустимо вводить изолированные контрольные жилы с меньшим поперечным сечением.
Механическая прочность конструкции обеспечивается уложенной на подушку стальной ленточной броней, необходимая степень коррозионной стойкости ленты обеспечивается ее поверхностным цинкованием или использованием соответствующих легирующих добавок. На круглый кабель броня накладывается с фиксацией краев продольным кровельным швом, для плоского применяется перекрытие вплоть до 50%. Известно также предложение использования в качестве упрочняющего покрытия не металлизированного полимерного покрытия увеличенной толщины.
Качество готовой продукции вне зависимости от ее исполнения проверяется испытательным переменным напряжением 18 кВ.
Обзор погружных марок кабеля для УЭЦН
Серийно выпускается несколько десятков марок нефтепогружных кабелей. Все они имеют схожую конструкцию и, напряду с сечением жил, отличаются преимущественно составом изоляции и оболочек. Так, например, в основных кабелях КПБК и КПБП (круглый К и плоский П, соответственно) применяется полиэтиленовая изоляция с предельной рабочей температурой 90°С, тогда как переход на термопласт в КТЭБК и КТЭБ сдвигает верхнюю границу рабочего температурного диапазона на 110°С. КФСКБ и КФСБ с фторопластовой изоляцией штатно эксплуатируются уже при 160°С.
Числовой индекс, следующий за буквенной аббревиатурой марки, задает рабочее сечение и количество жил, наибольшую эксплуатационную температуру, а также рабочее напряжение.
В качестве основных наибольшее распространение на практике получили круглые КПБК, КТЭБК, КФСБК и плоские конструкции КПБП, КТЭБ, КФСБ. Удлинители чаще всего реализуются на таких марках как КПБП или КФСБ.
Для поставки доступна также серийная конструкция КПвПпБкК, имеющая близкое к треугольному поперечное сечение и объединяющая достоинства плоской и круглой структур.
Конструкция с неметаллической полимерной броней обозначается как КПв0ппП.
Посмотреть другие марки для нефтяной промышленности вы можете в нашем каталоге нефтепогружных кабелей
Считается, что основной кабель должен иметь круглое или треугольное сечение, тогда как для удлинителя предпочтительна плоская структура, которая позволяет уменьшить общий диаметр погружного агрегата.
Поставка барабанная, типовая строительная длина в зависимости от сечения меняется в пределах от 500 до 2500 м.
Особенности сростки кабеля для УЭЦН
Сращивание отдельных строительных длин кабеля применяется
Во втором случае процедура соединения может осуществляться как на заводе-изготовителе, так и непосредственно в полевых условиях. При ее выполнении на место соединения устанавливается прямая герметичная муфта. Увеличение диаметра формируемого сростка минимизируется линейным характером соединения сращиваемых компонентов конструкции.
Существующая технология позволяет соединять все типы кабелей. Считается, однако, что за счет большей пластичности полимера качество сростка в случае чисто полимерных конструкций увеличивается.
Проблема характерной усадки торцов изоляции в процессе сращивания решается предварительной термообработкой концевых участком соединяемых жил.
Нормы на силовые кабели для нефтегазовой отрасли
Добыча нефти и газа — сложное, очень опасное производство. Поэтому к используемым на нем силовым кабелям предъявляются особые требования. Для обеспечения надежности и безопасности функционирования месторождений нефти и газа применяемые там кабели должны соответствовать принятым нормам. Свои требования к кабелям предъявляют как электроэнергетики, так и специалисты по нефти и газу. Недавняя реформа системы стандартизации в нашей стране еще более запутала ситуацию — какие нормы считать обязательными, а какие — нет? Давайте разберемся в этой проблеме.
Специально для нефтяной и газовой индустрии выпускаются три вида кабелей: нефтепогружные, для питания электробура и шлангокабели.
Через эти трубопроводы подается жидкость для управления механизмами с гидравлическим приводом (например, газовыми заслонками), а также, при необходимости, жидкость, препятствующая замерзанию нефти в скважине.
Помимо этого, на нефтяных и газовых месторождениях используются силовые кабели, по которым к объекту подается электроэнергия. Поскольку большинство месторождений нефти и газа в нашей стране находятся в сложных климатических условиях, к подобным кабелям могут предъявляться дополнительные требования.
При добыче нефти в условиях низких температур для подогрева скважины часто используются нагревательные кабели. Их также изготавливают по специальным требованиям, чтобы на них не оказывали разрушающее действие как нефтепродукты, так и химические вещества, закачиваемые в скважину для облегчения процесса добычи.
Нефтепогружные кабели
Когда по телевидению говорят о нефтедобыче, то обычно иллюстрируют рассказ эффектным видеорядом гигантской конструкции над скважиной, которая регулярно поднимает и опускает туда трубу.
Это так называемые штанговые глубинные насосы. Исторически они были одним из самых первых типов насосов для добычи нефти, да и сейчас широко применяются.
Наиболее эффективный способ добычи нефти предусматривает установку погружного электрического насоса внутри самой скважины на глубине. Количество месторождений нефти, оснащенных погружными насосами, меньше, чем оснащенных штанговыми глубинными насосами. Тем не менее если брать количество добываемой нефти, то здесь погружные насосы выходят в лидеры. Только на один тип погружного насоса — электроцентробежный — приходится до 80 % добываемой в России нефти. А ведь есть еще некоторые другие типы погружных насосов, используемых для узкоспециализированных применений, например, электрические насосы диафрагменного типа устанавливают, когда нефть в месторождении сильно загрязнена механическими примесями.
Штанговые глубинные насосы — своеобразный символ нефтедобычи,
но большую часть нефти добывают с помощью электрических насосов, установленных в скважине
По мере истощения запасов легкодоступной нефти все чаще используются погружные насосы. И, соответственно, растет спрос на нефтепогружные кабели.
Основным документом, регламентирующим параметры нефтепогружных кабелей, в нашей стране является ГОСТ P 51777-2001 «Кабели для установок погружных электронасосов. Общие технические условия». Этот стандарт описывает трехжильные кабели (в нефтедобыче как раз применяются трехфазные погружные насосы), предназначенные для питания погружных насосов переменным током 50 Гц напряжением 2,5 кВ или 3,3 кВ. В преамбуле к стандарту сказано, что его применение является обязательным. Однако спустя 10 лет после принятия данного ГОСТ в России произошла реформа системы стандартизации, в результате чего большинство стандартов, включая и указанный, стали необязательными для применения. То есть, если производитель стремится обеспечить конкурентоспособность своей продукции, он сертифицирует продукцию на соответствие ГОСТ и указывает этот факт в технических данных. В противном случае на предприятии разрабатываются собственные технические условия (ТУ), которые регистрируются в установленном порядке.
Согласно действующему законодательству, ТУ относятся к стандартам организации. Если ТУ утвердили, то компания должна выпускать кабель строго по этому документу. Но сама разработка ТУ осуществляется силами предприятия. В этом случае планка качества задается не государством, а самим предприятием и определяется лишь тем, насколько фирма дорожит своим брендом.
По ТУ выпускаются кабели из инновационных алюминиевых сплавов. Важным преимуществом таких кабелей является меньшая погонная масса, что в целом упрощает обслуживание насоса, когда его приходится поднимать из скважины, вместе с кабелем. Мало того, для добычи нефти приходится бурить все более глубокие скважины и, возможно, в недалеком будущем все нефтепогружные кабели будут изготавливаться из алюминиевых сплавов. Другим преимуществом жил из таких сплавов является то, что они не оказывают разрушающего действия на изоляцию, в отличие от меди, ионы которой диффундируют в материал изоляции.
Поскольку напряжение питания насоса превышает 1 кВ,
наличие металлической брони для нефтепогружных кабелей обязательно
Но в 4.2.1.3 ГОСТ P 51777-2001 однозначно указано: «Токопроводящие жилы должны быть изготовлены из медной проволоки». На момент принятия стандарта в электротехнике использовался только алюминий без дополнительных добавок, придающих ему прочность и гибкость. Алюминиевые жилы при многократном изгибе становились хрупкими, а образующиеся в результате их разрушения мелкие частицы металла были способны вызвать возгорание. Сейчас же существуют инновационные сплавы на основе алюминия, которые по основным параметрам не уступают меди, однако намного легче ее. Но в ГОСТе это пока отражения не нашло.
Есть ГОСТ Р 51651-2000 «Изделия кабельные. Система качества. Материалы конструкции», описывающий процедуру использования в кабельной продукции инновационных материалов, не прописанных ранее в стандартах. Но в данном случае эта норма неприменима, поскольку в ГОСТ P 51777-2001 задан конкретный материал. Вот почему многие нефтепогружные кабели, в том числе и от производителей, славящихся своим качеством, выпускаются сейчас по ТУ, а не по ГОСТ.
Пример нефтепогружного кабеля с жилами из инновационного алюминиевого сплава
Кабели для электрических буров
Скважины при нефте- и газодобыче делают одним из трех основных видов буров: штанговым, турбинным и электрическим. Вращение штанговому буру механически передается по штанге от мотора на поверхности. Такой бур имеет значительные ограничения по траектории и глубине бурения. Больше возможностей у турбинного бура, который приводится в действие потоком воды, подаваемым по гибкому шлангу с поверхности. Но с ростом глубины бурения КПД такого устройства резко снижается. Наиболее удобен и эффективен электрический бур, питание к которому подается с поверхности по гибкому кабелю. Такие буры обеспечивают возможность закладки очень глубоких скважин, в том числе и с горизонтальными стволами. В условиях, когда нефть и газ добывают во все более сложных геологических условиях, электрические буры получили широкое применение.
Для питания электрических буров на нефтяных и газовых месторождениях применяются кабели на напряжение до 3 кВ. Такие кабели выпускаются обычно с изоляцией из резины, которая обеспечивает необходимые прочность и гибкость. При опускании питающего токопровода в скважину кабельные секции встраиваются в отрезки бурильных труб (обычно длиной 12,5 м), которые присоединяют друг к другу. Поэтому кабели для электрических буров, в отличие от нефтепогружных кабелей, обычно не имеют металлической брони. Это допускается нормами ГОСТ 12.2.007.14-75 «Система стандартов безопасности труда (ССБТ). Кабели и кабельная арматура. Требования безопасности».
В остальном же параметры кабелей с изоляцией из резины на напряжения питания электробура не нормируются ГОСТ (если не считать общих стандартов, относящихся к любому кабельному изделию). Поэтому такие кабели еще с советских времен выпускаются только по ТУ. Возможно, это связано с весьма узкой сферой применения подобных кабелей.
Шлангокабели
Гибкие трубопроводы, встроенные в шлангокабель, по которым передается жидкость для управления гидравликой, а в некоторых случаях и противозамерзающая жидкость, должны соответствовать ГОСТ Р 54382-2011 «Нефтяная и газовая промышленность. Подводные трубопроводные системы. Общие технические требования».
В шлангокабелях ГОСТ пока нормирует только параметры гибких трубопроводов
Что же касается электрической части, то шлангокабели относятся к кабелям специального назначения, на которые действие обычных ГОСТ по электрическим кабелям не распространяется. С точки зрения норм безопасности ГОСТ 12.2.007.14-75 электрическую часть шлангокабеля можно представить как набор электрических кабелей, проложенных в защитной трубе, исключающей их повреждение.
Нагревательные кабели
Действующий в России международный стандарт ГОСТ Р МЭК 60800-2012 «Кабели нагревательные на номинальное напряжение 300/500 В для обогрева помещений и предотвращения образования льда» может использоваться при проектировании отопления для временного жилья нефтяников на объекте. Тем не менее к скважинам и нефтепроводам он неприменим.
Параметры и использование нагревающих кабелей в нефтепроводах с целью предотвращения застывания нефтепродуктов регламентируются действующим в России международным стандартом ГОСТ МЭК 62395-1-2016 «Системы обогрева трубопроводов, работающие на электрическом сопротивлении, для промышленного и коммерческого применения».
Использование нагревательных кабелей на трубопроводах регламентируется
международным стандартом, принятым и в России
Применение нагревательных кабелей, размещаемых непосредственно в нефтяной скважине, для предотвращения замерзания нефти при низких температурах пока что является настолько новой технологией, что она еще не нашла своего отражения ни в российских, ни в международных стандартах.
Кабели для эксплуатации в сложных условиях
Воздействие на кабель холода и агрессивных сред рассматривается с позиций ГОСТ точно так же, как и для другой машиностроительной продукции. В первую очередь, конечно, следует упомянуть ГОСТ 15150-69 «Машины, приборы и другие технические изделия. Исполнения для различных климатических районов. Категории, условия эксплуатации, хранения и транспортирования в части воздействия климатических факторов внешней среды». По нему до сих пор определяется климатическое исполнение, в том числе и кабельной продукции. Но здесь есть нюанс, который надо учитывать. Климатическое исполнение при применении норм данного ГОСТ для кабелей учитывает только статическое положение (хранение, эксплуатация уже проложенного кабеля). Но на нефтяных и газовых месторождениях возникают ситуации, когда нужно срочно заменить кабель на морозе, и изгиб его изоляции может привести к возникновению трещин в ней.
Возможность прокладки кабеля в условиях низких температур ГОСТ не регламентируется. Так что, если это критично, помимо категории климатического исполнения кабеля есть смысл получить от производителя данные, при какой минимальной температуре возможна прокладка кабеля.
На нефтяных и газовых месторождениях в технологических процессах применяются агрессивные химические вещества. Стойкость кабеля к таким веществам определяется обычно в соответствии с требованиями заказчика. Процедура определения стойкости кабеля к агрессивным средам определяется по ГОСТ Р 51802-2001 «Методы испытаний на стойкость к воздействию агрессивных и других специальных сред машин, приборов и других технических изделий».
Наконец, к кабелям, используемым на объектах нефтегазовой отрасли, предъявляются повышенные требования по пожаробезопасности. Должны использоваться материалы, согласно ГОСТ 31565-2012 «Кабельные изделия. Требования пожарной безопасности», как для объектов с высоким уровнем риска.
Выводы
При добыче нефти и газа часто используются специализированные технологии, для которых разработка отдельных ГОСТ нецелесообразна. Кроме этого, технологии в нефтегазовой отрасли развиваются так быстро, что органы стандартизации просто не поспевают за ними. Поэтому выпуск кабелей по ТУ, а не по ГОСТу иногда бывает обусловлен объективными обстоятельствами. Тем не менее в каждом конкретном случае есть смысл изучить ситуацию и разобраться, прежде чем приобретать кабель, — действительно ли для данного вида продукции еще не создан ГОСТ либо производитель сознательно пошел на применение ТУ только ради экономии. И, конечно, любое, даже самое инновационное и узкоспециализированное изделие должно соответствовать прописанным в ГОСТ нормам по безопасности, общим для любой кабельной продукции.
Источник: Алексей Дубневский, журнал «Электротехнический рынок»
Кабель для нефтепогружных насосов
Подписка на рассылку
Кабель для нефтепогружных насосов предназначен для различных видов погружных электрических насосов. При помощи данного кабеля происходит подача электрической энергии к электрическим двигателям, которые установлены на установках по добыче нефтепродуктов. Номинальное напряжение таких двигателей должно быть 3,3 кВ, а частота работы до 70 Гц. Данный вид кабелей используется в скважинах с низкой температурой перекачиваемой жидкости, а также с малым содержанием веществ агрессивного типа. Стоит сказать, что жила данного вида кабеля может пропускать электрический ток при температуре до 90 градусов по Цельсию. Кабель для нефтепогружных насосов производятся в плоском или же круглом исполнении. При этом они имеют броню из оцинкованной стальной ленты или же из стальной ленты, которая имеет мельхиоровое покрытие. Также можно встретить кабеля с броней из нержавеющей ленты.
Особенности конструкции кабелей для нефтепогружных насосов.
Кабеля для насосов состоят из четырех составляющих. Во-первых, это медная однопроволочная жила, которая как уже отмечалось, способна пропускать электрический ток при температуре до 90 градусов по Цельсию. Второй составляющей является изоляция, которая имеет два слоя и производится из высокоплотного полиэтилена. Третьей составляющей кабелей, является подушка, которая производится из нетканого полотна ленты. Четвертая составляющая – это броня, как правило, из ленты, которая является стальной и оцинкованной.
Кабель КПБП – что и как?
Кабель погружной бронированный плоский (КПБП) (Рис. 1), является одним из самых распространённых видов кабелей, которые используются в нефтепогружных насосах. Стоит сказать, что кабель данного типа отличается превосходными техническими и эксплуатационными характеристиками. Одним из самых распространенных видов данных кабелей, является кабель КПБП 3х16.
Стоит сказать, что кабеля КПБП 3х16 предназначаются для электрического питания погружных электрических двигателей. При этом максимальное рабочее напряжение электрического переменного тока, в таких кабелях составляет 3300В. В свою очередь их частота равняется 50 Гц.
Область применения КПБП кабелей
КПБП кабеля предназначаются для использования на суши, в районах, которые имеют умеренный или же холодный микроклимат. Ток утечки, с напряжением в 18 кВ при этом составляет не более чем 1 х 10-5А. Если говорить про раздавливающее усилие кабелей данного типа, то оно составляет не менее чем 158 кН или же 16 тысяч кгс.
Стоит отметить, что изолированные жилы кабеля являются продольно герметичными в том случае, если перепад давления составляет не более чем 0,02 МПа на один метр длины кабеля. Нельзя не сказать и про то, что при осуществлении спуско-подъемных или же перемоточных работ, не допускается, чтобы кабель был закручен вдоль оси более чем на десять градусов при длине в пять метров.
Кабеля погружные бронированные плоские (КПБП) могут эксплуатироваться в среди так называемой скважинной жидкости. Скважинная жидкость представляет собой смесь воды, нефти и газа. Стоит сказать, что газовый фактор при этом должен составлять не более чем 0,5 м3/кг. В свою очередь гидростатическое давление должно быть не более чем 25 МПа. Если говорить про количество сероводорода в жидкости данного типа, то оно должно быть не более чем 0,01 г/л.
Как можно заметить, к кабелям для нефтепогружных насосов предъявляются жесткие эксплуатационные требования. В первую очередь это обусловлено высокой вероятностью возникновения пожара на нефтяных и газовых объектах, именно там где чаще всего кабеля данного типа и используются.