Обеспечение показателей надежности нефтепогружных кабелей на стадии изготовления и в процессе эксплуатации

• Автор: Фризен, Алексей Николаевич
• Шифр специальности: 05.09.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 151 с. : ил.

Глава I. (Литературный обзор)

Кабели для нефтепогружных систем: условия эксплуатации, воздействующие факторы и причины отказа

1.1. Условия эксплуатации нефтепогружных кабелей (НПК)

1.2. Электроизоляционные материалы и особенности конструкций нефтепогружных кабелей

1.3. Воздействия различных факторов на свойства изоляции

1.4. Взаимодействие пластовой жидкости с изоляцией НПК

1.5. Способы повышения стойкости полимеров к агрессивным средам

1.6. Анализ способов оценки надежности изоляции НПК

1.7. Выводы, постановка задач на исследование

Глава 2. Объекты и методы исследований

2.1. Выбор электроизоляционных материалов

2.2. Методы измерения сопротивления изоляции
2.3. Измерение тангенса угла диэлектрических потерь и емкости
2.4. Выбор типа электродов для исследуемых материалов
Глава 3. Разработка феноменологической модели деградации изоляции нефтепогружиых кабелей под действием эксплуатационных факторов
3.1. Исследование механических свойств материалов
3.2. Исследование электрических свойств изоляции НПК
3.3. Температурно-временные зависимости удельного электрического сопротивления изоляции нефтепогружных кабелей в процессе сорбции пластовой жидкости
3.4. Исследование сорбционных свойств
3.5. Феноменологическая модель снижения сопротивления изоляции
НПК в процессе эксплуатации (основное уравнение диагностики НГЖ)
Глава 4. Усовершенствование конструкции и разработка экспресс-метода оценки показателей надежности нефтепогружных кабелей
4.1. Сопротивления образцов изолированных жил кабелей с различными видами изоляции в процессе старения
4.2. Пути усовершенствования конструкции нефтепогружных кабелей
4.3. Разработка экспресс-метода оценки ресурса нефтепогружных
кабелей
Выводы и рекомендации
Список литературы
Приложение

Актуальность проблемы. В соответствии с ГОСТ 13377-75 надежность - это свойство изделия выполнять заданные функции, сохраняя эксплуатационные показатели в установленных пределах в течение требуемого времени. Одним из главных показателей надежности любой технической продукции, в том числе и кабельных изделий, является ресурс работы. Именно этот показатель надежности явился предметом исследования в данной работе.
Для нефтегазодобывающей промышленности особенно остро стоит вопрос обеспечения надежности нефтепогружных кабелей (НПК) для питания нефтепогружных насосов. Именно эта проблема встала в последнее время в связи с увеличением глубин бурения скважин до 2000-^3000 м, что обуславливает воздействие на изоляцию нефтепогружных кабелей повышенных температур (до 200 °С) и давлений (более 100 МПа). Разработанные к настоящему времени методы оценки надежности НПК либо дороги и трудоемки, либо полностью не учитывают такие важные условия работы кабеля, как температура и абсорбция пластовой жидкости материалом изоляции. В связи с изложенным, задача обеспечения показателей надежности, нефтепогружных кабелей на стадии проектирования и в процессе эксплуатации является безусловно актуальной.
Цель исследования: На основе изучения влияния эксплуатационных факторов на электрические и физико-химические свойства изоляции нефтепогружных кабелей разработать его оптимальную конструкцию и методику оценки его рабочего ресурса.
Для достижения цели поставлены следующие задачи:

Старение изолированных жил кабеля и проводов в пластовой жидкости при повышенных температурах производилось в экспериментальных трубчатых печах, внутри которых помещалось по 4 контейнера. Контейнер представлял собой трубу диаметром 100 мм и длиной 1 м с герметичной крышкой. Внутрь контейнера помещали по 5-6 образцов изолированных жил длиной по 0,8 м и заливали пластовой жидкостью.
2.2. Методы измерения сопротивления изоляции
Электрическое сопротивление изоляции может быть измерено прямым и косвенным методами [46, 118]. При прямых измерениях применяют ламповые и полупроводниковые тераомметры (Е6-13А. Щ404-М1 и др.). Эти приборы позволяют непосредственно по шкале отсчитать значение измеряемого сопротивления. Предел допускаемой погрешности тераомметров может составлять, в зависимости от диапазона измеряемых сопротивлений, от 5 до 20 %. При косвенных измерениях значения сопротивления определяют расчетным путем по результатам измеренного тока, протекающего в образце, при известном значении напряжения, приложенного к образцу. Для измерения тока применяют электростатические или электронные электрометры. Они обладают высокой чувствительностью и позволяют измерять ток до 10'12 А. Однако при косвенных методах измерения сам процесс измерения требует дополнительных расчетов и более трудоемок.
Измерительная аппаратура.
Принципиальная электрическая схема установки, предназначенная для определения удельного объемного электрического сопротивления показана на рис. 2.1 [46].
Рис. 2.1. Схема установки для определения рупо трехэлектродной схеме:
ИН - источник постоянного напряжения; V - вольтметр; ИПТ - источник постоянного тока; Я,х - входное сопротивление ИПТ; У - усилитель; И - индикатор; Об - образец с электродами (ИЭ - измерительный, ВЭ - высоковольтный, ОЭ - охранный).