潛油電泵電纜選擇的影響因素分析及方法探討

李晶

（大慶油田力神泵業(yè)有限公司，黑龍江 大慶 163000）

在人工舉升采油方式中，潛油電泵采油是僅次于有桿泵采油的一種方式，該技術(shù)在我國(guó)的20世紀(jì)60～70年代之間由國(guó)外引進(jìn)，逐步得到了推廣和應(yīng)用，目前在我國(guó)的舉升采油手段中占有重要的地位。潛油電泵系統(tǒng)中的重要組成部分之一就是潛油電泵的電纜，其主要的作用就是連接井下電機(jī)和地面電能，美國(guó)在潛油電泵電纜的生產(chǎn)制造中是目前世界上實(shí)力最強(qiáng)的國(guó)家，技術(shù)先進(jìn)、產(chǎn)品穩(wěn)定，得到了大家的一致好評(píng)。我國(guó)潛油電泵電纜生產(chǎn)最早出現(xiàn)在1988年的中國(guó)石油集團(tuán)渤海石油裝備制造有限公司，最早采用的方法是進(jìn)口關(guān)鍵設(shè)備和借鑒國(guó)外的先進(jìn)技術(shù)。經(jīng)過(guò)多年的不懈努力和研究，在潛油電泵電纜的材料、配方等方面均取得了較大的進(jìn)步，已經(jīng)成功的自主研發(fā)了先進(jìn)的工藝技術(shù)，逐步研究和開(kāi)發(fā)出了90℃、120℃、150℃、180℃耐溫等級(jí)的電纜，在我國(guó)的潛油電泵電纜生產(chǎn)中都處于領(lǐng)先地位，部分技術(shù)已經(jīng)達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平，具有很大的市場(chǎng)前景和發(fā)展空間。

1 潛油電泵電纜及其功能

潛油電泵系統(tǒng)中，電纜的主要作用就是為潛油電泵機(jī)組提供動(dòng)力，一般鋪設(shè)在油井之中，潛油電機(jī)與電纜的下端通過(guò)引接電纜相連，電纜的上端連接在地面的控制柜上。地面的電能通過(guò)潛油電泵的電纜輸送到井下的潛油電機(jī)中，井下傳感器發(fā)出的信號(hào)也可以通過(guò)電纜傳輸?shù)降孛妗Ｒ驗(yàn)闈撚碗姳玫碾娎|一般都鋪設(shè)在井中，在井下進(jìn)行連接，工作的環(huán)境和條件比較惡劣，一般情況下都是處在高溫、高壓、油水混合、酸堿等具有較強(qiáng)的腐蝕性環(huán)境中，因此潛油電泵的電纜和普通的電纜有所不同，要具備一定的抗腐蝕性，耐高溫和高壓的能力，還必須保持電纜具有良好的絕緣性、機(jī)械性等，必須是一種技術(shù)含量很高的特殊電纜。

2 電纜各相關(guān)部件和工藝的具體要求

（1）導(dǎo)體。電纜的導(dǎo)體一般選用的都是優(yōu)質(zhì)、長(zhǎng)度比較大的無(wú)氧銅桿，單股無(wú)焊接，保證直流電阻。導(dǎo)體的表面鍍鋅和不鍍鋅都可以，單股銅線和多股銅線根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選擇，如果采用的電纜是利用聚丙烯做絕緣，就要在導(dǎo)體表面進(jìn)行鍍鋅，避免聚丙烯和銅之間發(fā)生反應(yīng)，出現(xiàn)老化的情況。

（2）絕緣層。電纜絕緣層材料的選擇上，一定要根據(jù)實(shí)際情況下電纜的溫度來(lái)決定，潛油電泵電纜在工作過(guò)程中要具有良好的電氣絕緣性、防老化性、機(jī)械物理性，才能保證電纜在工作中具有很好的絕緣阻值，較低的泄漏電流。在選擇絕緣層的材料時(shí)，一般使用聚丙烯、乙丙橡膠等，一些比較特殊的電纜在材料的選擇上也有所不同，如果所處環(huán)境需要耐高溫150℃以上，就要采用聚酰亞胺復(fù)合乙橡膠組合的絕緣結(jié)構(gòu)。絕緣標(biāo)稱的厚度與額定電壓有著直接的關(guān)系，電纜絕緣層最薄的厚度要大于標(biāo)稱值的90%減去0．1，想要進(jìn)一步的加強(qiáng)電纜電氣的絕緣效果，就要將粘結(jié)劑涂在乙丙橡膠絕緣電纜導(dǎo)體和絕緣層之間，使導(dǎo)體和絕緣層之間保持良好的接觸，有效避免電纜中的氣體在油井中進(jìn)行移動(dòng)。

（3）成纜。成纜是圓形電纜生產(chǎn)過(guò)程中最為重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，成纜質(zhì)量的好壞決定電纜生產(chǎn)工序是否能夠有效地進(jìn)行，成纜的制定過(guò)程中，節(jié)距的選擇要根據(jù)線芯的外徑進(jìn)行選擇，使用3根線芯保持張力的同時(shí)，還要防止出現(xiàn)退扭的現(xiàn)象，為了保障線芯之間的密封作用，將生橡膠填充在內(nèi)，避免油氣在電纜內(nèi)部出現(xiàn)移動(dòng)，線芯的直流電阻測(cè)量工作一定要在線芯成纜之前進(jìn)行，計(jì)算出直流電阻的不平衡率，保證符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

（4）護(hù)套層。潛油電泵的電纜在使用過(guò)程中一直處于井中，井中的液體長(zhǎng)期與保護(hù)層進(jìn)行接觸，因此保護(hù)套質(zhì)量的好壞直接影響潛油電泵電纜的使用壽命。保護(hù)套的材料在選擇上一定要具有耐高溫、耐高壓、密封性強(qiáng)、耐油水、耐腐蝕等特性，根據(jù)實(shí)際的情況不同選擇的材料也不同，一般包括丁晴橡膠、乙丙橡膠、金屬鉛等。電纜保護(hù)套的最薄厚度應(yīng)該大于標(biāo)稱值的80%減0．2，沒(méi)有明顯的偏心現(xiàn)象。

（5）耐油墊層。耐油墊層一般處于保護(hù)層內(nèi)外繞包，起到了為下敷材料保證其箍緊強(qiáng)度的作用，有效的避免電纜出現(xiàn)破損。

（6）鎧裝層。鎧裝層的主要作用是在電纜的安裝和運(yùn)輸過(guò)程中，起到一定的機(jī)械保護(hù)作用，避免出現(xiàn)下敷材料的膨脹，同時(shí)還能很好的起到一定的支撐作用，根據(jù)實(shí)際使用環(huán)境的不同，潛油電泵電纜的鎧裝層主要采用的幾種方法為鍍鋅鋼帶、不銹鋼鋼帶、蒙乃爾鋼帶等進(jìn)行鎧裝。鋼帶鎧裝是潛油電泵電纜鎧裝的基本形式，一般為聯(lián)鎖鎧裝，鎧裝方向?yàn)樽笥?，鎧裝保持平整。

3 影響潛油電泵電纜選擇的因素

影響潛油電泵電纜的選擇因素有很多，其中主要的有以下幾點(diǎn)。

（1）井溫。井溫指的就是潛油電泵電纜在井下任意位置周圍的溫度，溫度不同的潛油電泵油井，選擇的電纜耐溫等級(jí)也各不相同，井溫對(duì)電纜絕緣層材料的選擇有著直接的影響，還影響電纜的壓降。

（2）潛油電機(jī)額定電流、額定電壓。電機(jī)的啟動(dòng)電流在固頻柜中一般為額定電流的4～6倍，電纜降壓是正常工作的4～6倍，保證潛油電機(jī)能夠有足夠轉(zhuǎn)矩進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)，啟動(dòng)電機(jī)端的電壓不能超過(guò)額定電壓的50%，想要避免電機(jī)啟動(dòng)能力出現(xiàn)不足，就要科學(xué)、合理的選擇電纜的型號(hào)與規(guī)格，電機(jī)的選擇一般為高電壓、低電流，電纜的耐壓等級(jí)和電機(jī)的額定電壓也有一定的影響。

（3）油套環(huán)空間隙。選擇潛油電泵的電纜時(shí)，要注意油套環(huán)之間的間隙大小，油套環(huán)的空間間隙直接影響著電纜的最大外徑，圓電纜和扁電纜各有各的優(yōu)點(diǎn)和好處，圓電纜具有更好的電平衡和較大的載流量，扁電纜具有良好的散熱性，圓電纜一般適用于油套環(huán)空間空隙較大的油井，扁電纜則適用于油套環(huán)空間空隙較小或者接引電纜的油井。

（4）復(fù)雜井況條件。每個(gè)油井的井況都各不相同，對(duì)于電纜的絕緣類型、保護(hù)套材料、電鎧的鎧皮的選擇，一定要符合油井的井底溫度和流體特性。

4 潛油動(dòng)力電纜的選擇方法

（1）選擇電纜規(guī)格。潛油電泵電纜的規(guī)格一般都是選用電纜壓降圖版法進(jìn)行查詢，選擇的電纜壓降一般不能大于30V/305m規(guī)格。

（2）選擇電纜耐溫、耐壓等級(jí)。一般情況下電纜的耐溫、耐壓等級(jí)分為4種，分別為90℃、120℃、150℃、180℃。同時(shí)井底的溫度不能高于電纜的溫度17℃以上，電纜在井下工作時(shí)，產(chǎn)生的導(dǎo)線溫度和工作溫度一定要大于電纜額定溫度。電纜的耐壓等級(jí)選擇與潛油電機(jī)的額定電壓有著直接關(guān)系，一般耐壓等級(jí)為額定電壓的 1．5～2倍之間。

（3）復(fù)雜井況下電纜類型的選擇。電纜鎧皮類型的選擇和油井的腐蝕性有著直接的影響，井下的環(huán)境比較惡劣，存在大量的二氧化碳、硫化氫等化合物，很容易對(duì)不銹鋼金屬產(chǎn)生腐蝕，比較特殊的油井，例如含油氯離子和硫化氫等，一般不適用不銹鋼鎧皮。在井中二氧化碳含量不超過(guò)10%、壓力小于21MPa的情況下，可以使用400系列不銹鋼。一些油井中的高氣液比比較高，含油很強(qiáng)的腐蝕性氣體，腐蝕性氣體可以通過(guò)鎧裝、保護(hù)層進(jìn)入絕緣層內(nèi)，嚴(yán)重的情況下可能影響絕緣層的使用壽命。高氣液比的油井中，將粘結(jié)劑添加在導(dǎo)體和絕緣層之間，適當(dāng)?shù)募尤胍恍┍Ｗo(hù)層和編制層，有效的為絕緣層提供氣液屏蔽和特殊密封。在高溫的油井中，絕緣層的材料會(huì)進(jìn)一步的老化和腐蝕，需要我們采用更加耐腐蝕、耐高溫的材料，也可以選擇一些復(fù)合材料。此外，為了保障井口位置和地面的接頭保持一定的安全距離，電纜長(zhǎng)度的選擇一定要比下泵的深度長(zhǎng)出30m右。

5 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)及應(yīng)用效果

一定要避免潛油電泵電纜在露天存放，在進(jìn)行吊裝和運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程中也要避免出現(xiàn)磕碰現(xiàn)象，在施工作業(yè)的過(guò)程中要嚴(yán)格按照HSE相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。電纜在下井施工準(zhǔn)備時(shí)期要放置在適當(dāng)?shù)奈恢茫欢ㄒ_保電纜的走向、井口、天滑輪等保持一個(gè)作業(yè)平面，才能保障電纜下井的順暢。電纜在下降前，要進(jìn)行絕緣的測(cè)試、外觀的檢查等，潛油電泵機(jī)組組裝完成后，電機(jī)的接引線和小扁電纜頭進(jìn)行連接、密封，小扁電纜外側(cè)需要加裝保護(hù)罩。電泵機(jī)組、油管和電纜一起輸送到井下，在下放過(guò)程中要保持電纜滾筒和油管速度一致。整個(gè)下放的過(guò)程要注意對(duì)電纜的保護(hù)，嚴(yán)格按照操作規(guī)范進(jìn)行操作，對(duì)油管下放時(shí)輕拿輕放，防止人為因素對(duì)電纜進(jìn)行損壞，施工過(guò)程中還要時(shí)刻的監(jiān)督和檢測(cè)電纜下井的絕緣情況。目前我國(guó)自主生產(chǎn)潛油電泵電纜已經(jīng)在大慶、遼河、新疆、長(zhǎng)慶等各大油田得到了廣泛的應(yīng)用和推廣，逐漸的代替了進(jìn)口電纜，同時(shí)我國(guó)生產(chǎn)的電纜已經(jīng)逐漸的走向世界，得到了敘利亞、伊朗等國(guó)家的認(rèn)可。

6 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)以上的研究和分析發(fā)現(xiàn)，目前我國(guó)的各個(gè)油田進(jìn)行勘探和開(kāi)發(fā)的進(jìn)度逐漸提升，隨著勘探和開(kāi)發(fā)的逐漸深入，研究的情況也越來(lái)越復(fù)雜多變，因此對(duì)潛油電泵電纜的質(zhì)量提出了更高的要求。我們還要在今后加強(qiáng)電纜耐高溫、耐高壓、耐腐蝕等方面的研究，促進(jìn)我國(guó)潛油電泵電纜的可持續(xù)發(fā)展。