潛油電泵井下電纜擊穿因素思考

解肖

摘 要：潛油電泵井下電纜是井下電泵機組的重要組成部分之一，可以同時做到傳輸電能和傳輸井下傳感器的信號兩個功能。但現(xiàn)有電泵井下電纜所處環(huán)境比較惡劣，持續(xù)高溫高壓，高酸堿度會對電纜的絕緣性能造成不可逆轉(zhuǎn)的影響，本文主要分析了潛油電泵井下電纜的結(jié)構(gòu)和作用，探討了絕緣層老化及損害的主要原因，并且提出了一些可以減少電纜擊穿的方案。

關(guān)鍵詞：潛油電泵;井下電纜;電纜擊穿

1? 潛油電泵井下電纜結(jié)構(gòu)

潛油電泵井下電纜需被放置在油井之內(nèi)，因此會受到空間影響，所以前有電纜的規(guī)格被限制在一定范圍之內(nèi)。當(dāng)前我國絕大多數(shù)潛油電纜的形狀為圓形和變形，變形電纜主要被應(yīng)用于一些油井套管和油管之間空間較小的場景之下，適用于直徑小于等于139.77毫米的套管，而圓形電纜則被使用于一些扁形電纜無法滿足的場所。電纜內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要包括導(dǎo)體絕緣保護層，護套，保護層以及鎧裝層，電纜導(dǎo)體絕大多數(shù)都是無氧銅桿拉伸塑制成的導(dǎo)線，可以用來傳輸電能，多采用單股或者多股的形式制成絞線，導(dǎo)線外層的絕緣保護層如果采用了聚丙烯材料就必須在電纜導(dǎo)體表面進行鍍錫處理，防止銅和聚丙烯之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，避免影響電纜的使用壽命。絕緣保護層的特性，直接關(guān)系到電纜對溫度的承受耐力，因此絕大多數(shù)都由高分子材料加工而成，具有較好的化學(xué)性質(zhì)和介電特性，物理性質(zhì)比較穩(wěn)定。要提高潛油電泵電纜的電氣絕緣性，就必須在電纜的導(dǎo)體和絕緣層之間加涂一層粘結(jié)劑，使導(dǎo)線和絕緣材料之間保持不完全剝離的狀態(tài)，防止油井內(nèi)的氣體在電纜內(nèi)進行游動。護套保護層可以保護絕緣層，其質(zhì)量將直接影響到潛油電泵電纜的使用壽命，因此必須保障護套保護層的密封能力，防止油井內(nèi)部的一些腐蝕物質(zhì)對電纜的中心部分進行腐蝕。最外層的鎧裝保護層可以承受一些縱向壓力，在電纜的拆卸和安裝過程中對電纜進行保護。

2? 絕緣老化以及損壞的原因

2.1化學(xué)原因。

化學(xué)原因主要分為4種：首先潛油電泵電纜生產(chǎn)過程中，一些廠家采用了本身存在缺陷的電纜。其次，油井內(nèi)部的壓力值較高，并且存在一些易腐蝕物質(zhì)，可能破壞電纜的絕緣性能。第三，油井內(nèi)的一些氣體會進入到電纜絕緣層和導(dǎo)線當(dāng)中，對電纜的絕緣性能造成不利影響，縮短電纜絕緣層的使用壽命。第四，潛油電泵電纜長期使用過程中，節(jié)約材料會受到外界影響不斷老化。

2.2溫度原因

油井內(nèi)的溫度長期保持在90度到130度范圍之內(nèi)，這種溫度是影響電纜絕緣性能以及老化速度的主要因素，如果電纜所采用的絕緣材料聚丙烯，其最高承受溫度一般小于75攝氏度，高溫條件下，聚丙烯材料所制成的節(jié)約成會不斷開裂，從而產(chǎn)生老化現(xiàn)象，甚至?xí)闺娎|的導(dǎo)線產(chǎn)生偏移，造成局部出現(xiàn)發(fā)電問題。在油井的正常生產(chǎn)過程中，潛油電泵井機組瞬間啟動的電流甚至可以達到額定電流的4～5倍，較高頻率的啟動和停止機組會造成絕緣層加速老化。而電井內(nèi)部的一些泥土沙質(zhì)和結(jié)構(gòu)物質(zhì)會導(dǎo)致電機的負(fù)載不斷增大。如果地下油氣儲層的油液供應(yīng)不足，會導(dǎo)致機組運行過程中所產(chǎn)生的熱量無法散發(fā)，在溫度和壓力比較高的環(huán)境之中，油井內(nèi)部的液體和氣體會對電纜進一步腐蝕，造成絕緣層老化速度進一步加快。油井生產(chǎn)過程中，其冷卻介質(zhì)溫度變化以及負(fù)債情況的改變，都會使絕緣層產(chǎn)生彈性疲勞，甚至?xí)?dǎo)致纖維組織斷裂造成絕緣層完全破損，無法使用。井下電纜哪個部位的導(dǎo)熱系數(shù)和膨脹系數(shù)都存在一定差異，因此油井溫度的變化會在絕緣材料之間甚至是學(xué)材料和導(dǎo)體之間的結(jié)合部位，產(chǎn)生較大壓力，導(dǎo)致電纜的絕緣性能下降。

2.3電氣原因

如果使用團隊對潛油電泵機組頻繁進行啟動或過載，會導(dǎo)致電纜內(nèi)部導(dǎo)線承載電流急劇變大，造成絕緣層迅速老化。

3? 電纜絕緣被擊穿的過程

潛油電泵井下電纜絕緣層被擊穿的主要原因是電機窗和熱擊穿，而數(shù)據(jù)分析來看，絕緣層破壞的原因主要包括放電過熱和過電壓三種。隨著我國科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，我國已經(jīng)對潛油電泵井下電纜的過電壓現(xiàn)象進行了有效控制，因此當(dāng)前絕大多數(shù)電纜較長時間工作在高電壓情況之下，不會對電纜的絕緣性能產(chǎn)生較大的破壞，所以電纜擊穿絕大多數(shù)都產(chǎn)生于工作電壓的正常狀態(tài)之下。

3.1電擊穿

電擊穿是由于電纜受到短時間高電壓的作用，所產(chǎn)生的瞬間高電壓可以對一些絕緣性能較差的電纜薄弱部位產(chǎn)生電擊穿，從而出現(xiàn)貫穿性的狹窄通道，該通道內(nèi)部會分離出一些碳顆粒，影響到電纜的正常使用。電纜的電擊穿產(chǎn)生時所必備的能量和吸收的能量數(shù)值較小，局部溫度升高還沒有散失，因此與被擊穿之前的情況差異較小，從外觀上很難看出區(qū)別。

（2）熱擊穿

潛油電泵井下電纜的熱擊穿絕大多數(shù)都會同時伴有熱傳遞，絕緣層在承受較大熱量的情況時，其化學(xué)性能會產(chǎn)生較大變化，因此熱擊穿狀態(tài)下的電纜損壞范圍較大，嚴(yán)重的熱擊穿甚至?xí)绊懙诫娎|整體的節(jié)約材料。

4? 減少電纜擊穿的措施

首先工程團隊?wèi)?yīng)該依據(jù)井下作業(yè)的具體需求，科學(xué)合理的選擇電纜，防止電纜的荷載超出其可承受范圍，造成較大損失，此外，團隊還應(yīng)該實時監(jiān)測井下油氣儲層的油液供給情況，選擇合適的電板型號參數(shù)，避免出些油液供應(yīng)不足的問題，導(dǎo)致電泵機組在運行過程中溫度過高，破壞電纜的絕緣性能，同時依據(jù)油井的生產(chǎn)情況設(shè)定電纜的保護數(shù)值，避免頻繁啟停機組，造成電纜超負(fù)荷運行。工程團隊?wèi)?yīng)該避免將潛油電泵電纜放置于露天環(huán)境之下進行保存，并且在對電纜進行運輸?shù)跹b時采取一些保護措施減少電纜之間的磕碰現(xiàn)象，在潛油電泵機組的安裝作業(yè)過程中嚴(yán)格遵守我國相關(guān)規(guī)定，在電纜井下作業(yè)的準(zhǔn)備時期，將電纜放置于合適的位置，確保電纜的走向正確，并且將采油井口和天滑輪放置于同一平面之內(nèi)，防治電纜在下訪過程中出現(xiàn)卡滯現(xiàn)象。在進行電纜下放之前，相關(guān)人員應(yīng)該再次檢查電纜的絕緣情況測試電纜絕緣電阻值，并且檢查電纜的外觀，避免使用一些外觀具有破損的電纜。工作團隊結(jié)束潛油電泵機組的地面安裝之后，可以將一些小編電纜接頭和潛油電機內(nèi)部的接引部件進行電氣連接和密封，并且在小扁電纜之外加設(shè)一層保護層，將其與電泵機組和油管一起下放入油井之中，保障電纜滾筒運行速度與油管下放速度相一致，初次之外，工作團隊在對油管進行下放作業(yè)時，必須輕提慢放，按照規(guī)范化的操作流程進行作業(yè)，盡量避免人為因素對電纜造成損害，下放過程中還應(yīng)該再次對電纜的節(jié)約情況進行檢測。

5? 結(jié)語

潛油電泵井下電纜將直接影響到電泵機組的具體運行狀態(tài)，本文主要分析了電纜的被擊穿現(xiàn)象，制定出了合適的解決措施。工程團隊?wèi)?yīng)該在電纜和電泵機組的型號的基礎(chǔ)之上，了解油井的溫度和供應(yīng)情況，確定電纜的絕緣等級，并且在施工過程中采取相應(yīng)的保護措施，減少對電纜保護層的破壞，在正常生產(chǎn)時應(yīng)該規(guī)范化運行管理機組，有效避免擊穿現(xiàn)象。

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