潛油電纜絕緣電阻的主要影響因素分析

王朝陽，劉玉坤，王 鵬，楊松濱，陸有升

（渤海石油裝備（天津）中成機(jī)械制造有限公司，天津 300280）

0 引言

作為重要機(jī)械采油設(shè)備，潛油電泵廣泛應(yīng)用于各大油田油井中，是油田開采的重要手段之一。油井使用潛油電泵作業(yè)后，要通過潛油電纜進(jìn)行絕緣電阻的測量。值得注意的是，絕緣電阻值不是一個(gè)恒定不變的數(shù)值，它易受諸多因素的影響而發(fā)生變化。

1 潛油電纜概述

潛油電纜為潛油電泵機(jī)組配套使用的動(dòng)力電纜，敷設(shè)于油井中，為潛油電泵機(jī)組提供動(dòng)力電源。作用上分動(dòng)力電纜和電機(jī)引接電纜，外形上分圓形電纜和扁形電纜。

潛油電纜和普通動(dòng)力電纜相比具有以下特點(diǎn)：

（1）使用環(huán)境耐高溫、高壓、油、氣和水，有適應(yīng)井下工作狀況的特性。

（2）在高溫、高壓和氣液侵蝕等惡劣環(huán)境保持良好電氣絕緣性能、物理機(jī)械性能等。

（3）制造工藝要求高。它用于井下高溫、高壓和高腐蝕特殊環(huán)境中，以及下井安裝并穿越井口封隔器時(shí)要求密封。因此，電纜的各項(xiàng)性能指標(biāo)要求及每道制造工序的外徑控制要求很高。

（4）外形結(jié)構(gòu)尺寸適應(yīng)井下作業(yè)環(huán)形空間的要求。

2 空氣濕度因素

濕度對(duì)絕緣電阻的影響非常大，在GB/T 16750—2015 標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，測量絕緣電阻時(shí)空氣相對(duì)濕度不大于85%。濕度過大，物體表面吸附水分后，會(huì)造成絕緣阻值下降。以乙丙橡膠絕緣電纜為例，對(duì)30 個(gè)試樣（整盤電纜）進(jìn)行不同空氣濕度中的試驗(yàn)，具體內(nèi)容如下：

（1）電纜型號(hào)規(guī)格：QYYEQ6-3×20/150。

（2）兩種濕度條件試驗(yàn)：一般情況（空氣濕度40%～60%）；相對(duì)濕度較大情況（空氣濕度85%～95%）。

（3）試驗(yàn)方法：采用絕緣電阻測試儀分別測量三相電纜（另外兩相與鎧帶相連）對(duì)鎧帶及相間的絕緣電阻。每相測量后對(duì)地放電。

（4）試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算：溫度系數(shù)指的是溫度為15.6 ℃（60 ℉）時(shí)的值，對(duì)于現(xiàn)場測試，應(yīng)該用溫度校正系數(shù)將其校正15.6 ℃時(shí)的值。換算至15.6 ℃時(shí)的絕緣電阻按式（1）計(jì)算。

式中 Ri15.6——溫度為15.6 ℃時(shí)的絕緣電阻，MΩ/km

Ri——三相中每千米絕緣電阻最小值，MΩ/km

Kt——測量時(shí)溫度校正系數(shù)，見表1

K15.6——溫度為15.6 ℃時(shí)的溫度校正系數(shù)，見標(biāo)準(zhǔn)GB/T 16750—2015 中45 頁表26[1]

（5）試驗(yàn)結(jié)果及結(jié)論：經(jīng)過兩種濕度條件下的測量，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1。換算成1 MΩ/km 絕緣電阻值，可以發(fā)現(xiàn)濕度85%～95%的絕緣電阻（平均值7406 MΩ/km），全部低于濕度40%～60%的絕緣電阻（平均值17200 MΩ/km），平均下降了56.7%。

表1 試驗(yàn)數(shù)據(jù)

3 現(xiàn)場作業(yè)因素

（1）潛油電纜與井口或其他部件相擠壓、刮、碰、打扭等。可能會(huì)使電纜鎧皮、絕緣層、保護(hù)層或芯線等部分損壞，會(huì)對(duì)絕緣電阻產(chǎn)生很大影響。

（2）潛油電纜穿越油井最大造斜點(diǎn)時(shí)速度過快，可能會(huì)造成小扁電纜、大小扁電纜接頭或大扁電纜刮傷影響絕緣電阻。

（3）潛油電纜穿越封隔器、井口時(shí)，可能會(huì)造成電纜擠傷刮傷、碰傷、折傷等影響絕緣電阻。

（4）安裝施工過程造成的潛油電纜損傷。安裝施工過程造成的潛油電纜磕傷、擠傷、扭傷等損傷帶來隱患，影響絕緣電阻。

（5）潛油電纜各個(gè)聯(lián)接點(diǎn)（大小扁電纜聯(lián)接點(diǎn)、過電纜封隔器聯(lián)接點(diǎn)、井口穿越聯(lián)接點(diǎn)）操作都會(huì)影響絕緣電阻。

4 電泵系統(tǒng)自身因素

整個(gè)系統(tǒng)聯(lián)接點(diǎn)多，是影響絕緣電阻的一個(gè)因素。整個(gè)電泵系統(tǒng)測試的絕緣包括電機(jī)、小扁電纜、大扁電纜及中間的各種接頭的總體絕緣情況，系統(tǒng)內(nèi)聯(lián)接點(diǎn)多，包括電纜插頭與潛油電機(jī)聯(lián)接點(diǎn)、大小扁電纜聯(lián)接點(diǎn)、過電纜封隔器聯(lián)接點(diǎn)、井口穿越聯(lián)接點(diǎn)。所有的聯(lián)接操作均為服務(wù)人員手工操作，接頭處本身就是潛油電纜上的薄弱環(huán)節(jié)，任何一個(gè)環(huán)節(jié)都會(huì)影響絕緣電阻。

5 油井井況因素

油井的溫度、井液、腐蝕性氣體、壓力等井況對(duì)絕緣電阻也起著重要的影響作用。

（1）油井井下溫度的影響。高分子材料的本身特性決定了電機(jī)繞組線和電纜的絕緣電阻隨著溫度的升高呈指數(shù)性下降。

在熱狀態(tài)時(shí)或溫升試驗(yàn)后，電機(jī)繞組絕緣電阻的阻值參見GB/T 16750—2015 中第10 頁表3。例如：在25 ℃時(shí)，電機(jī)繞組線絕緣電阻1000 MΩ，當(dāng)電機(jī)溫度達(dá)到100 ℃時(shí)，溫度系數(shù)188，則電機(jī)繞組線的絕緣電阻=1000÷188=5.319 MΩ。

潛油電纜絕緣電阻的溫度系數(shù)見GB/T 16750—2015 中第45 頁表26。例如：在15.6 ℃時(shí)，電纜絕緣電阻2000 MΩ，當(dāng)電纜溫度達(dá)到100 ℃時(shí)溫度系數(shù)為89.17，則電纜的絕緣電阻=2000÷89.17=22.42 MΩ。

潛油電纜長期工作在地下復(fù)雜環(huán)境的油井中，井下溫度的升高會(huì)造成整個(gè)系統(tǒng)絕緣下降。

（2）電機(jī)繞組線和電纜的絕緣電阻隨著電纜長度的增加，絕緣電阻呈比例下降。GB/T 16750—2015 中電纜絕緣電阻與長度之間的關(guān)系規(guī)定如下：

式中 Ri——每km 絕緣電阻，MΩ/km

Rit——實(shí)測絕緣電阻，MΩ

L——被測電纜的長度，km

（3）油井壓力過高或者洗井等作業(yè)造成壓力快速上升，會(huì)對(duì)電纜造成損傷，嚴(yán)重時(shí)造成氣、液竄入電纜絕緣層和護(hù)套層，影響絕緣電阻。

（4）油井腐蝕性氣體的影響油井中存在著大量的腐蝕性氣體，如H2S、CO2等對(duì)電纜具有侵蝕作用，如含量過高時(shí)會(huì)侵蝕電纜絕緣材料，影響絕緣電阻。

6 現(xiàn)場應(yīng)用因素

（1）系統(tǒng)電壓波動(dòng)大。電壓波動(dòng)引起機(jī)組自動(dòng)保護(hù)停機(jī)，啟機(jī)時(shí)的瞬間電流大，對(duì)電氣系統(tǒng)產(chǎn)生沖擊，頻繁啟停機(jī)可能會(huì)對(duì)電泵系統(tǒng)的電機(jī)、電纜的絕緣性能造成損壞，影響絕緣電阻。

（2）機(jī)組過載。井液黏度過大、雜質(zhì)、出砂、卡泵或機(jī)組出現(xiàn)故障等原因會(huì)造成過載，過載時(shí)電機(jī)超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，超負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，電纜中會(huì)產(chǎn)生熱效應(yīng)，長期超負(fù)荷運(yùn)行，過高的溫度會(huì)加速絕緣的老化，影響絕緣電阻。

（3）機(jī)組欠載。井液不足、泵堵等原因會(huì)造成欠載。欠載時(shí)電機(jī)空轉(zhuǎn)，電機(jī)所產(chǎn)生的熱量不能全部散發(fā)，溫度升高而導(dǎo)致電機(jī)或電纜絕緣失效，影響絕緣電阻。

（4）頻繁啟動(dòng)。頻繁啟動(dòng)電泵機(jī)組，大容量的電氣設(shè)備接通或斷開瞬間，產(chǎn)生強(qiáng)力脈沖，電網(wǎng)存在電感，電路中短時(shí)間產(chǎn)生浪涌電壓，引發(fā)浪涌電流，瞬間沖擊電流對(duì)電機(jī)、電纜、電氣設(shè)備的破壞性很大，影響絕緣電阻。

（5）其他因素對(duì)電纜的傷害。如變頻高次諧波，它會(huì)引起過電壓、過電流，使得電纜絕緣層老化加快，且輸出電纜線越長，電纜中過電壓、過電流越嚴(yán)重，發(fā)熱也越嚴(yán)重，影響絕緣電阻。

（6）電纜選擇問題。電纜選擇使用不當(dāng)，達(dá)到或超過其耐受力，短期可能暫時(shí)正常運(yùn)行，長期運(yùn)行井底電纜絕緣熔融或老化，影響絕緣電阻。

7 結(jié)語

潛油電纜絕緣電阻受環(huán)境、現(xiàn)場作業(yè)、井況、電泵電纜整套機(jī)組等多種因素影響。完井絕緣值只是通過電纜測量，反映的是井下整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)值，衡量完井絕緣電阻要綜合考慮各種因素的影響，盡量減少這些因素的影響。