油氣勘探用承荷探測(cè)電纜的應(yīng)用和生產(chǎn)

喬文瑋 楊恒勇 武阿林 周春和 夏迪星

摘 要：本篇文章主要是介紹了中國(guó)油氣勘探用承荷探測(cè)電纜生產(chǎn)和應(yīng)用的發(fā)展歷史。描述了該方法的材料、結(jié)構(gòu)以及特征。最后指出，該產(chǎn)品對(duì)西部石油的開發(fā)具有很高的經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：承荷探測(cè)電纜;油井探測(cè);特點(diǎn);要求;結(jié)構(gòu)

0 前言

中國(guó)油氣勘探用承荷探測(cè)電纜在快速的發(fā)展，對(duì)鍍鋅鋼絲的強(qiáng)度、表面質(zhì)量、鋅層重量以及長(zhǎng)度提出了更高的要求。在引進(jìn)幾種主要的電纜生產(chǎn)設(shè)備后，大部分電纜鍍鋅鋼絲都是進(jìn)口的。為了節(jié)省外匯，滿足石油工業(yè)發(fā)展的需要，我公司引進(jìn)了高強(qiáng)度，厚鍍鋅鋼絲生產(chǎn)線。通過(guò)試生產(chǎn)和用戶使用，證明該生產(chǎn)線生產(chǎn)的鍍鋅鋼絲可以完全取代進(jìn)口，滿足油田開發(fā)的需要。

1 國(guó)產(chǎn)承荷探測(cè)電纜的生產(chǎn)和應(yīng)用發(fā)展史

1.1 20世紀(jì)50年代和60年代的蘇模仿

承荷探測(cè)電纜的開發(fā)類似于其他特種電纜的開發(fā)，在20世紀(jì)50年代，石油工業(yè)在新疆和甘肅只能進(jìn)行小油田的勘探和開采，那時(shí)，用于勘探的電纜是按照蘇聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)用橡膠制成的。承荷探測(cè)電纜鎧裝用高強(qiáng)度細(xì)鋼絲生產(chǎn)工藝比較難解決，電纜外徑大，導(dǎo)致各公司難以生產(chǎn)大長(zhǎng)度電纜，同時(shí)因?yàn)橄鹉z絕緣的技術(shù)比較復(fù)雜，機(jī)械強(qiáng)度低，纜芯無(wú)中繼技術(shù)無(wú)法突破，再加上編織蠟涂層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，產(chǎn)品合格率過(guò)低，影響了產(chǎn)品質(zhì)量的提高和擴(kuò)大，此技術(shù)欠缺的現(xiàn)狀一直持續(xù)到20世紀(jì)70年代初。

1.2 二十世紀(jì)七十年代的重建

在20世紀(jì)70年代早期，中國(guó)的油井鉆探越來(lái)越深，國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的3500m的電纜已經(jīng)不能滿足油田開發(fā)的需要。因此，在20世紀(jì)70年代早期，燕山襄陽(yáng)化工廠和遼河油田開發(fā)出聚丙烯（PP）絕緣料，為遼河油田開發(fā)出長(zhǎng)度為4200m的聚丙烯絕緣承荷探測(cè)電纜提供了可能。該電纜具有良好的測(cè)試性能，可以滿足“時(shí)代”的需求。為滿足油氣勘探需求，遼河油田又將電纜從6芯更換為7芯，取消編織墊蠟克，更換緩沖擠出腈聚氯乙烯復(fù)合物，簡(jiǎn)化工藝和結(jié)構(gòu)，提高電纜性能，提高產(chǎn)品合格率。20世紀(jì)70年代見(jiàn)證了中國(guó)石油的最快發(fā)展。大規(guī)模的鉆探和勘探使一個(gè)貧窮的國(guó)家變成了一個(gè)“石油富國(guó)”。

1.3 20世紀(jì)70年代后期的發(fā)展

1976年，沈陽(yáng)電纜廠和上海電纜廠受機(jī)械部委托生產(chǎn)8000m超深井承荷探測(cè)電纜，該電纜采用的耐高溫絕緣料為，硅橡膠和F46。F46全屏蔽絕緣電纜由兩家電纜廠試制成功，并于1977年3月在四川省紹興縣官濟(jì)井進(jìn)行了測(cè)試;參與實(shí)驗(yàn)的還有一根從美國(guó)采購(gòu)的8000m電纜。兩廠測(cè)試電纜的結(jié)構(gòu)和性能與其美國(guó)產(chǎn)品基本相同，電纜的綜合性能基本滿足超深井測(cè)試的要求，實(shí)現(xiàn)了國(guó)內(nèi)承荷探測(cè)電纜的跨越式發(fā)展。雖然沈陽(yáng)電纜廠和上海電纜廠已經(jīng)能夠生產(chǎn)承荷探測(cè)電纜，但超深井電纜、小直徑承荷探測(cè)電纜等產(chǎn)品，尚不能批量供應(yīng)，性能與國(guó)外電纜還有一定的差距。

經(jīng)過(guò)60年的發(fā)展，到20世紀(jì)90年代，國(guó)內(nèi)承荷探測(cè)電纜制造已接近國(guó)外同期水平，主要的生產(chǎn)廠家包括江蘇華能電纜、山東萬(wàn)達(dá)電纜等公司。其中江蘇華能電纜占中石油、中海油、中石化該類電纜采購(gòu)量的43%以上，承荷探測(cè)電纜已基本國(guó)產(chǎn)化。

值得一提的是，目前國(guó)內(nèi)的鋼材、氟塑料等與國(guó)外還存在一定差距，使得國(guó)產(chǎn)承荷探測(cè)電纜在機(jī)械強(qiáng)度與國(guó)外相同的條件下，其鎧裝層均勻性、耐磨性相對(duì)稍差，這也是未來(lái)一段時(shí)間追趕的主要方向。

2 油氣勘探用承荷探測(cè)電纜的使用特點(diǎn)及要求

油氣勘探與生產(chǎn)信息系統(tǒng)是一套以油氣勘探與生產(chǎn)信息化管理與開發(fā)為一體的平臺(tái)，主要用于油氣勘探與生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)，速度快、靈活方便。功能開發(fā)和應(yīng)用的建立使油田企業(yè)之間的信息相互獨(dú)立，管理高度統(tǒng)一，為油氣勘探和生產(chǎn)信息管理的應(yīng)用提供了完整的綜合解決方案，可以有效地防止島嶼效應(yīng)企業(yè)內(nèi)部信息。電纜到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后，由現(xiàn)場(chǎng)專業(yè)的測(cè)井團(tuán)隊(duì)進(jìn)行管理和使用，并像“眼睛”一樣受到保護(hù)和使用。在電纜測(cè)井中，井的測(cè)試時(shí)間很短，約為24h。因?yàn)椴僮鳁l件和條件較差，單根電纜只能測(cè)試約300口井。因此，電纜在油田是消耗品，更換周期短、更換頻繁以及應(yīng)用范圍廣。電纜分為淺井、深井和超深井。預(yù)張緊的裝置是用來(lái)消除雙線的預(yù)應(yīng)力，但仍存在一些殘余應(yīng)力。因此，要做的第一件事就是將電纜拉出井場(chǎng)并打破它們。然后將電纜連接到纜車。例如，寶鋼絞盤配備了5500m的電纜卷筒，每層約48圈。在電纜下降后，它處于很大的張力下，加上地層本身的壓力、溫度的升高、油氣的侵蝕，特別是硫化氫的腐蝕，電纜與導(dǎo)輪之間的摩擦，以及軸壁上方和下方的摩擦力，這會(huì)迅速損壞電纜，甚至?xí)?dǎo)致它沒(méi)辦法使用。

井中介質(zhì)：基于這些因素，電纜經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生絕緣電阻下降，甚至單個(gè)絕緣芯絕緣損壞或斷線（特別是爆破后的振動(dòng)）;經(jīng)過(guò)反復(fù)使用，外徑會(huì)收縮，長(zhǎng)度會(huì)增加，技術(shù)的參數(shù)會(huì)發(fā)生變化，更嚴(yán)重的這些都是因?yàn)橥馊︿摻z斷裂引起的，其次是鋼絲磨損嚴(yán)重，硫化氫腐蝕，這些損壞會(huì)導(dǎo)致電纜浪費(fèi)，造成大量的浪費(fèi)。測(cè)試完成后，將電纜回收到電纜外殼中，用高壓水清洗電纜外表面，清除表面的泥漿和碎屑。然而，即便是用水，也會(huì)很難消除H2S井中的電線腐蝕。當(dāng)電纜絕緣電阻下降時(shí)，通常發(fā)生在井的一端，電纜被切斷一段長(zhǎng)度（通常為50～100m），電纜仍然可用。可以修復(fù)單個(gè)磁芯的損壞，或者可以重新連接和重復(fù)使用整個(gè)電纜。專門從事承荷探測(cè)電纜維護(hù)的外國(guó)專家配備了專用飛機(jī)，可隨時(shí)維護(hù)和連接油田電纜。即便如此，承荷探測(cè)電纜的使用壽命也不會(huì)超過(guò)120口井次。

石油和天然氣中最令人擔(dān)憂的添加劑是硫化氫（H2S），對(duì)鋼絲的腐蝕太嚴(yán)重。一般來(lái)說(shuō)，高強(qiáng)度鋼絲對(duì)H2S沒(méi)有抵抗力，這是未來(lái)需要改進(jìn)的主要方向。承荷探測(cè)電纜與油泵電纜不同。用于采油的油泵電纜，泵深度相對(duì)較淺。但是，承荷探測(cè)電纜通常用于鉆井，電纜的長(zhǎng)度取決于井的深度;同時(shí)它也用于油井勘探的早期階段，因此井溫、井壓以及新介質(zhì)對(duì)電纜有很大的影響，在電纜的設(shè)計(jì)和制造中應(yīng)特別考慮，特別是在超深井中。

3 承荷探測(cè)電纜的制造工藝的特點(diǎn)

油田屬于高危行業(yè)的易燃、有毒、易爆以及腐蝕性等的特點(diǎn)，突發(fā)性和巨大破壞性化學(xué)事故的危險(xiǎn)化學(xué)品生產(chǎn)過(guò)程中的固有特征，給公司的生產(chǎn)帶來(lái)高風(fēng)險(xiǎn)和不確定性，因此，實(shí)施嚴(yán)格的生產(chǎn)監(jiān)控，防范事故，使生產(chǎn)過(guò)程能夠安全、順利以及有效地成為企業(yè)的目標(biāo)。安德里茨技術(shù)的NEPTUN計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于全球能源領(lǐng)域，特別是石油化工領(lǐng)域。為能源部門開發(fā)的SCADA系統(tǒng)受到用戶的歡迎。根據(jù)石油企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中實(shí)時(shí)設(shè)備監(jiān)控的要求，開發(fā)了基于NEPTUN系統(tǒng)SCADA服務(wù)器的油田生產(chǎn)計(jì)算機(jī)監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)。因?yàn)槌泻商綔y(cè)電纜是固定長(zhǎng)度生產(chǎn)，整條電纜在一個(gè)環(huán)節(jié)上沒(méi)有配備或報(bào)廢，損失很大，因此生產(chǎn)過(guò)程必須嚴(yán)格按照技術(shù)要求進(jìn)行。

3.1 導(dǎo)電線芯

需要標(biāo)準(zhǔn)鍍錫（美國(guó)PP絕緣芯材料不鍍錫），優(yōu)選電鍍。銅絞線表面無(wú)污垢和雜物，纏繞的電線應(yīng)用紙包裹。

3.2 絕緣

一般使用45高溫?cái)D出機(jī)，絕緣料必須清潔。絕緣損壞有兩個(gè)主要原因，即絕緣材料中的雜質(zhì)或臟的導(dǎo)電芯，建議使用電壓容差和絕緣電阻測(cè)量值以確保質(zhì)量。絕緣損壞可以修復(fù)，絕緣修復(fù)采用與絕緣相同的材料，包裹缺陷。聚丙烯PP絕緣，適用于長(zhǎng)達(dá)5500m的電纜;7000～8000m電纜使用F46或F30擠出半導(dǎo)體層，氟塑料環(huán)境污染嚴(yán)重（應(yīng)集中生產(chǎn)），由鉻、鉬和鋁制成的機(jī)頭，套管和螺桿在絕緣時(shí)會(huì)腐蝕并迅速破裂。因此，應(yīng)使用特殊設(shè)備擠出氟塑料，或者使用新的鋼號(hào)。

3.3 線芯成纜

因此，電纜應(yīng)填充半導(dǎo)電塑料或橡膠。絕緣和半導(dǎo)體層通常用于超深井。外層（例如導(dǎo)電塑料）和填充有導(dǎo)電塑料的電纜芯之間的間隙應(yīng)該說(shuō)是最密集的。用導(dǎo)電層和導(dǎo)電尼龍帶包裹后，與外鎧裝鋼絲接觸，形成相同的電位，減少了芯之間的電容耦合，保證了測(cè)試的準(zhǔn)確性。因此，電纜密度越高，絕緣穩(wěn)定性越重要。因?yàn)樯a(chǎn)定長(zhǎng)電纜，5500m長(zhǎng)電纜和其他電纜敷設(shè)需要2～3級(jí)。在生產(chǎn)過(guò)程中，除布線時(shí)均勻張力外，應(yīng)始終在線檢測(cè)斷線和絕緣的電阻。

3.4 電纜的鎧裝

電纜的雙鎧裝必須在一個(gè)過(guò)程中完成，設(shè)備可以變化。在一些工廠中，關(guān)鍵技術(shù)是使兩層節(jié)距比匹配良好并消除內(nèi)應(yīng)力。為了減少電纜的預(yù)應(yīng)力，使用了諸如預(yù)制頭和矯直輪之類的關(guān)鍵設(shè)備：①?gòu)臓恳h(huán)到卷軸的電纜芯的外徑均勻且筆直;②切斷1m長(zhǎng)的電纜，兩端無(wú)任何處理，使其水平落在1m的高度。電線不得解開;③在這部分樣品中，鋼絲應(yīng)從鎧裝層中拉出或甚至完全取下，然后以原始間隔恢復(fù)到原始狀態(tài)。這些部件是多年的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，你可以看到盔甲有多好。外鎧裝鋼絲不允許焊接。如果需要連接，焊點(diǎn)附近的兩根導(dǎo)線應(yīng)焊接在一起。鎧裝完成后，應(yīng)通過(guò)預(yù)拉伸器進(jìn)一步減少鎧裝層的應(yīng)力。

4 承荷探測(cè)電纜用的材料

4.1 承荷探測(cè)電纜的絕緣材料

在國(guó)內(nèi)，主要使用聚丙烯和氟塑料兩種材料。記錄電纜不僅用于短期使用，它們是消耗品并且使用壽命長(zhǎng)（約120個(gè)口井次），因此它們可用于溫度測(cè)量。除了模態(tài)強(qiáng)度等主要電性能的物理性能外，各種塑料的機(jī)械強(qiáng)度均為橡膠的2～4倍。因此，5500m承荷探測(cè)電纜采用國(guó)產(chǎn)PP或改性PP，F(xiàn)46熔體指數(shù)為2.1～5.6（濟(jì)南材料為1～8），熔體指數(shù)過(guò)大，絕緣擠壓容易開裂，應(yīng)引起重視。

4.2 鎧裝用鋼絲

國(guó)產(chǎn)承荷探測(cè)電纜鎧裝內(nèi)鋼絲直徑1.0mm;超深井外層1.2mm（國(guó)外為1.25mm）采用抗拉強(qiáng)度為2000MPa的鋼絲。美國(guó)超深井鋼絲繩品牌為C1085，分為C0.85～0.93;0.35Si0.2;1.0Mn0.7;S<0.05;（P<0.004）?？估瓘?qiáng)度為2000MPa。鞍山鋼絲繩廠牌號(hào)為95MnN6A抗拉度>2000MPa，分為C0.92～1.0～0.4Si0.2;0.9Mn0.6;0.10Nb0.05;S<0.04;（P<0.003）。據(jù)報(bào)道，美國(guó)超深井使用的超高強(qiáng)度鋼絲為MP35，抗拉強(qiáng)度可達(dá)4200MPa。目前使用的鋼絲沒(méi)有一種是耐硫化氫的，因此有必要研究耐硫化氫腐蝕涂層，并將其應(yīng)用于鎧裝層，以提高電纜的質(zhì)量。

5 結(jié)語(yǔ)

除上述材料外，還有導(dǎo)體絕緣半導(dǎo)體層，電纜芯半導(dǎo)體襯墊芯和半導(dǎo)電尼龍帶等的材料，應(yīng)根據(jù)技術(shù)要求進(jìn)行改進(jìn)。與承荷探測(cè)電纜一起使用的另一根電極電纜是勝利者的10芯產(chǎn)品。電極電纜可用于制造超短承荷探測(cè)電纜，以降低制造成本。我國(guó)西部油田在快速的發(fā)展，對(duì)承荷探測(cè)電纜的需求將不斷增加，承荷探測(cè)電纜的生產(chǎn)和發(fā)展具有一定的價(jià)值。

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