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GBT 17389-2013 潜油电泵电缆系统的应用

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GBT 17389 2013 潜油电泵 电缆 系统 应用
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17389P 11潜油电缆应用推荐作法》(1993年版),其技术内容及编写规则均与之相同。编写格式及方法与P 是作了小的编辑性修改和补充说明,即:I,原文,"边棱抗压型,6)核对,"2. 4. 3附图目录”中的标明不正确, 1. 1产品商标名称作出脚注说明:下列产品商标名称是商业上所用产品实例,提供本商品名称是为用户提供方便,而不是全国石油钻采设备与工具标准化委员会对这些产品的认可。加了附录C(提示的附录)美国线规号公制尺寸和附录D(提示的附录)16,09不锈钢化学成分和机械性能。018,019标准的查找,在附录录标准由中国石油天搬气总公司提出。本标准由全国石油钻采设备及工具标准化委员会归口。本标准由胜利石油管理局无杆采油泵公司负责起草。本标准主要起草人:王金鹏、王改良、严锡梁。r 17389推荐作法归股 b)同心并压紧绞合c)压买绞合圆电缆:胶护套扁电缆:准型b)束紧带和编织层型c)加密封套型圆电缆:耀 b)电机引接电缆125(股b)同心并压紧绞合c)厂4而回阵35基本绝缘,理机械填料}2. I. 147护套,睛橡胶口13}丙烯绝缘、睛橡胶护套74017389一1998。)标准型1b)束紧带和编织层塑c)9{一编织层6。2131恺装{图253扁电缆:聚丙烯绝缘、腊橡胶护套图注件号名称章条1导休3、匕基本绝缘,,元乙丙橡胶绝缘、睛橡胶护套741 17389一1998a)标准型b)电机引接电缆图注件号名称章条1导休34辅助绝缘4. 55基本绝绝,元乙丙橡胶绝缘、睛橡胶护套a)标准型b)束紧带和编织层型c)阻挡层和填料图注件号名称章条1导体35基本绝缘,1. 147护套,腊橡胶{8阻挡层6. 元乙丙橡胶绝缘、三元乙丙橡胶护套或填料742 元乙丙橡胶绝缘、双层恺装a>标准型b)电机引接电缆图注件号名称章条1导体34辅助绝缘4. 4,4. 55基本绝绝,元乙丙橡胶绝缘、铅护套7气3 17389一1998a)标准型b)边棱抗压,33基本绝缘,. 元乙丙橡胶绝缘、铅护套、于潜油泵的应用,导体的工业标准化尺寸主要为美国线规(号、2号、4号和6号〔见附录C(提示的附录)中表他规格的电缆可专门订购。济情况和井的环隙来选择。首先,用井筒环隙确定电缆的最大允许直径;其次,根据电机需要的电流和容许的电压降确定导体的最小尺寸;最后,进行不同电缆尺寸间的经济对比。对于给定尺寸的导体,增大电流既会增加电力损耗,也会增加电缆的运行温度。在电流一定情况下,如增加导体尺寸会降低其电力损耗和运行温度。潜油电泵电缆可以购置多股绞合导体电缆,也可以购置单股导体电缆。单股导体直径最小。对于同一线规尺寸的导体,绞股可以增加导体的直径和挠性。对于尺寸较大的线芯采用绞股较普遍,电机引接电缆通常采用单股导体。单股导体可将气体的运移和因硫化氢造成的老化减至最小。填充气封化合物的“压紧’实”绞合导体也是解决这些问题的另一办法。美国线规(径是根据同心绞线规定的。压紧多股导体的直径是同心多股绞合导体直径的98%,压实多股绞合导体的直径为同心多股导体直径的92% 的成本低廉,重量也轻,因此对于同样安载流容量的电缆而言其制造成本会 为其传导率仅为同线号铜导体的61%,因此,必须采用直径较大的导线来输送与铜导线相等的电流。井筒内的环隙会因此而变小。铝导体比铜导体更难进行联接和端接。在连接铝导体端子时,必须采用压紧式专用接头。在拆除绝缘层时,切勿在铝导体上留有刻痕铜导体的主要缺点是易被硫化氢(蚀。在高温井中应用,需采用连续铅皮完全地包住绝缘层,以避免此类问题的发生。缘层可以把导体的泄漏电流减至最小。采用不同种类的绝缘材料会影响其保持电隔离性能所需要的空间。助绝缘一般采用绝缘膜或挤制的薄层材料,这些材料厚度小,介电强度(V /。就整个系统而言,须与主要热塑材料或热固绝缘材料复合使用才能增加其电气和机械性能。用聚乙烯或聚丙烯热塑材料绝缘的电缆,其额定温度要低于用热固材料绝缘的电缆。提高运行温度将会缩短电缆的寿命。一般情况下,随着温度的增高,电缆的寿命呈指数下降。通常以绝缘材料的脆化(老化变硬)来描述电缆的有效寿命。局部受热区域在靠近泵和电机处。绝缘材料其他形式的退化是因周期性压力和与井下化学剂接触的缘故。选择绝缘材料还要受井下环境、气体的类型和聚集条件的影响。在低温状态下操作潜油电泵用电缆不仅要受其绝缘材料类型的限制,而且还要受到护套材料的制约。如果电缆一直被置放在低温环境中,需将其移至室内(>温至少48 为指南,用聚丙烯绝缘材料的潜油电泵用电缆不应在温度低于一10 "三元乙丙橡胶为绝缘层,腊橡胶为护套层的潜油电泵用电缆不应在温度低于一29 三元乙丙橡胶为绝缘层,三元乙丙橡胶为护套层的潜油电泵用电缆不应在温度低于一40'说明热塑材料是一种在加热至高温时能制成一定形状,降温后其形状保持不变的塑性材料。当再次增温超过其变形温度时,如果施加外力这种材料仍会变成新的形状。变形温度随着外力的增加而降低。典型的热塑材料包括聚乙烯、聚丙烯和聚酸胺。格比较低廉的绝缘材料。适用温度范围为一(环境)至96'C(导体)。聚丙烯绝缘的电缆不应在环境温度低于一]1低温状态下弯曲会使绝缘材料龟裂。 17389一1998众所周知,影响聚丙烯性能的不利井况有以下几种:二氧化碳会引起过早的龟裂;原油中的轻质烃会导致软化;在接近上限温度运行时,施加在电缆_缆卡箍、张力)会导致过早地变形。聚丙烯直接与铜金属接触容易加速老化。加人一种专用抗老化材料可降低这种影响。此多数制造商采用锡或铅合金涂层将铜与聚丙烯隔离。聚丙烯绝缘材料直接与铝导体接触的电缆不会影响绝缘材料的老化电缆在被弯曲后,聚丙烯允许气体在导体和绝缘层间运移,对于在气体运移可能会造成一定影响的条件下应用时,导体与绝缘层间必须采用气封材料加以阻止。4. 化后形状水久不变的材料。典型的热固材料包括有丁睛橡胶(乙丙橡胶(苯橡胶(交联聚乙烯(元乙丙橡胶是最常用的热固材料。三元乙丙橡胶在环境温度很低()的情沉下仍具有较好的挠性。是一种适合在况中应用、还可以防止多种油井处理液影响的理想材料。三元乙丙橡胶材料一般用于高温油井,有些三元乙丙橡胶的复合配方如电缆结构束紧合理的话,在导体温度204℃下仍有效。然这种特性通过合理配方可以减弱,但它仍高度依赖外部束紧层来保护其完好性。种绝缘薄膜被叠压螺旋缠绕在导体的外部,再经加热密封。典型的绝缘薄膜材料是聚酞亚胺,如品牌卡普顿(或阿佩科( /,又能把绝缘层的厚度控制到最小的情况。这种材料适用于高温(232 C)应用条件。应用最普遍的是电机头(扁)引接电缆和电机绕组绝缘。重降低其绝缘性能和机械强度。价格昂贵是其最主要的问题。塑材料聚偏二氟乙烯(三烯一三氟氯乙烯共聚物(于高达149℃的环境温度下使用,氟化乙丙烯(使井液侵入也不易损坏。因此保护性能好,而且还能延长电缆的寿命。修理和终端连接电缆时,必须采用专门的联结技术 机械屏障把绝缘层与井「环境隔离。护套保护绝缘层免受操作时产生的机械碰撞可能会造成的影响。缆的额定温度会受护套材料温度等级的限制。通过调整硫化的形式和抗老化剂的种类可以提高复合材料的上限温度。加添增韧剂可以扩大下限温度。增加添加剂对复合材料的其他物性如延展性、硬度或拉伸强度等有轻微的影响如今有两种护套材料在潜油电泵电缆市场上占优势,它们是由睛橡胶或三元乙丙橡胶制造的。三元乙丙橡胶的耐高温能力比睛橡胶高,但睛橡胶的韧性较大,耐油性能较好。复合三元乙丙橡胶护套材料可以改善其抗油浸膨胀性能。此外在地面温度较低的条件下操作和安装,三元乙丙橡胶固有的性能比睛橡胶好。,而三元乙丙橡胶的高限温度为204'C。这些限制会影响电缆的额定温度。在高温环境下运行会缩短电缆的有效寿命。一般情况下,电缆的寿命随着温度的增加呈指数化变硬)来描述其有效寿命。局部受热区域位置靠近泵和电机。护套材料其他形式的降解是因为压力变化和与井下化学剂接触的缘故。井下环境、气体的类型和气体的浓度也会影响护套材料的选择。恺装和/或束紧层对护套层的保护起着关键的作用。尤其在无恺装情况下,三元乙丙橡胶往往会出现膨胀。比如当电缆在无恺装保护情况下从井下被起出或压力变化时,护套内因吸收有油和气而膨胀呈球形而破裂。应用在绝缘层的外面敷设编织层和保护层,也可以在护套层的任意一侧。这些材料为其内部电缆材料提供附加强度和保护。们对井液和井下条件的恶化很敏感。说明编织层是在绝缘导体外用合成材料编织而成的编织加强层。编织层在覆盖率或空隙度方面有所不同。最常用的编织材料是尼龙(聚酞胺)。聚偏二氟乙烯如凯纳(可用于那些在腐蚀性强或温度高的条件下应用的电缆。6. 2. 2应用编织层的主要作用是泄压期间对渗人绝缘层的气体提供附加的箍紧强度。在启动运行中当油井液被快速抽空或电缆由井内被起出时可能会出现泄压现象。编织层还可保持结构的完整性,使耐油带紧束在绝缘层外位置不动。r 17389限制编织层在某些条件卜提供了井液运移的通道在起出电缆后立刻进行联接,溢出的气体和井液会影响其联接效果。如果编织层不是全部覆盖,在泄压期间可能会损坏其内敷材料。编织层不仅会增加电缆的成本,还会增加电缆的整体直径。当聚酞胺裸露在温度高于100 种带与覆盖的编织层配合使用。[乙烯一四氟乙烯共聚物((a 它的温度极限为149'C o 是温度性能较高,可达到193 c。总之,对于特殊的应用条件,应考虑进行的厚度可以不同。对于一种特定的材料,聚丙烯绝缘材料,低分子质烃)和气体会进入绝缘层,使其软化;用三元乙丙橡胶绝缘材料,因它很容易吸油,会使之产生膨胀和龟裂。采用阻挡带可以阻止井液侵入其内敷材料,延长电缆的使用寿命。这种带在滞留有油井气体时,泄压期间还可以为绝缘层提供附加箍紧强度。种带通常与外敷编织层一起使用。阻挡带和编织层二者会使电缆的外型尺寸明显增大。障层)塑聚偏二氟乙烯(和乙氯四氟乙烯(于温度达149'化乙丙烯(于温度达204℃的环境。械保护性、抗泄压性以及电气强度当阻挡层挤制在绝缘层以外时,就象阻挡带和编织层的常规设计一样无任何间隙或缝隙。限制热塑材料层成本昂贵。当修理或进行电缆端接时,必须采用特殊的联接技术。5. 1说明铅护套是一种连续的、无接缝的包敷在导体绝缘层外表的护套。铅的成分在供应商之间各有差异,但绝对不能使用纯铅。一般采用含有铜,镐和锡的铅合金,以使金属包皮的耐化学性和机械特性增至最强。铅护层通过一种挤制工艺包敷在电缆上。铅护层的几何形状可以是圆型、方型或八边型。7389一1998这种无接缝和连续的铅护层为绝缘层提供了一种极好的气液屏障。在含H,5的井中,铅也是保护铜的有效屏障。易受损。铅护层会因弯曲造成冷作硬化而产生裂纹。铅包电缆重量大,操作困难,使用这种类型的电缆时需要采用专门的联接技术。铅包电缆的成本高于常用的三元乙丙橡胶电缆铅包电缆由井内起出3^能会因操作和弯曲受损。滑轮的尺寸和操作方式会影响其重复利用性为此采用不同几何形状,支撑抗压结构,和/或特殊的铅合金等多种设计来延长电缆的循环应用寿命安装平行(扁)电缆时应采用平槽滑轮,安装圆电缆时应采用包角滑轮。滑轮直径的最小尺寸应为121. 9 于长电缆而言,这种电流可能会诱发铅的腐蚀,必须在每股导体的铅护层间采用衬垫层进行电气束紧连接以大幅度地减少环流。必须合理地应用束紧连接防止铅的损坏。束紧连接可以是金属、行铭装时需要衬垫材料保护铅的表面免受机械损伤。典型的衬垫材料是尼龙编织,另一种材料是三元乙丙橡胶浸渍带。些衬垫材料可以填充铅挤制层上出现的小孔。如果气体渗入铅护层内它还可以提供附加的箍紧强度电气束紧连接包含在衬垫材料内。酞胺在温度超过潮湿环境中会衰变和损失强度,不过只要恺装完好无损,这些限制对电缆的应用无重大影响。如果衬垫材料退化,电缆的运行寿命可能会缩短。缺少这些材料会使恺皮与铅直接接触。对裸露在井液中的下敷弹性材料的膨胀有限制作用,还起着一定的纵向支撑作用,支撑卡子之间电缆的重量。恺装结构可为扁平式或联锁式钢带。有些设计采用两层恺装。一种特殊设计采用螺旋状绕在导线上。恺装材料一般采用镀锌钢带,对于一些特殊工况采用不锈钢带或蒙乃尔带。那些电缆总厚度受限制的应用条件下采用扁平式恺装。采用联锁式恺装可将恺装松脱的可能性减至最小,且不大可能妨碍起下作业。螺旋缠绕恺装用于那些电缆纵向拉力主要依靠恺装承受的应用条件,比如卡子间距离很长时。一般工业作法是在每根油管的中间安装一个卡子,在靠近接箍上方处再装第二个卡子。17389一1998销装的完好性受其运行所处环境的影响。腐蚀是影响材料选择的主要因素之一对于环境非常恶劣和成本倍受关注的应用条件,可以使用能耐多数腐蚀工况的蒙乃尔恺装。不锈钢恺装虽然不如蒙乃尔有效,但其价格较低是蒙乃尔的替代材料。螺旋缠绕的扁平恺装有一个边缘外露,在安装电缆时,注意应使其外露一侧方向朝上,借以减少下井期间恺装受阻的危险。),酸碱以及盐水的环境中,镀锌钢带容易产生腐蚀腐蚀问题会随着温度的增加而加剧。对于一些悬缆系统,有必要采用高强度钢或不锈钢钢丝以提供需要的抗拉强度。黑色金属的磁性会增加电缆内电力损耗。这是由于导体电流感应、钢带内产生磁滞和涡流的缘故。扁电缆内如果相间电流不平衡影响则会更大。说明不锈钢带是指有效含量的铬同其他金属结合在一起的钢带。用作电缆恺装的不锈钢主要标号有应用在一些腐蚀环境中采用不锈钢恺装。虽然不锈钢有一定的限制,但比起更昂贵的替代品来还是被优先选用。右会出现应力腐蚀开裂。无论是不被推荐在含O:环境对般情况下,400系列不锈钢适用于C():含量10%,压力高达22,含铁小于4%、含锰2%、其余为铜的金属合金。中包括含乃以及高温〔>71‘盐溶液。接与端接必须达到电气、机械和环境完整性。采用联接;当和其他设备相连时采用端接 套层、恺皮或铅包的微小修补,2应用制造厂商通过工厂修理叮有效地修复电缆中的裂纹和其他缺陷,不会影响电缆的最终特性。不用修理过的电缆。体通过对焊和再次绝缘完成加长工艺对于多股电缆,必须按交错排列形式对每股分别对焊。加长后的导体应象未经加长导体那样进行试验。户宁可用导体未经加长的电缆,而不愿用经过加长的电缆。1说明联接是指两条电缆间的连接。它涉及到导体、绝缘、铅包、护套以及恺皮等整个电缆的总成。化和绕包。模压联接采用热塑材料作绝缘,用高温模压工艺进行连接。硫化联接采用可以硫化的热固带作绝缘和护套,用高温模压完成整个加工过程。绕包联接可用热塑材料,硫化、非硫化或低温可硫化带作绝缘和护套,无需附加工序。铅皮缠绕在绝缘层的外表,并与原有的铅护层搭接。用锡焊或胶带将铅皮固定。但用胶带固定的接头不能防止气体的侵入。更换恺装是将饱皮螺旋缠绕在整个接头上,再将恺皮的端部与原恺皮焊接。理损坏的电缆、电机引接电缆与主电缆连接、主电缆与猪尾引线连接或不同型号规格电缆间的过渡连接。导体间的连接保持了它的电气连续性。接头外敷设绝缘材料以保证电压隔离,另外增设的附加材料以保护绝缘材料免受井下条件的影响绝缘材料的完好性会阻滞气体经过电缆串通。电缆外敷设金属保护层,可增强其机械完整性和对环境的隔绝性。响联接质量的因素有气候条件、 17389成工作的紧迫程度以及联接员的技术熟练水平等。经模压和硫化的联接接头通常可达到较好的完整性,不过进行这种连接与绕包连接相比需要较长的时间。如有可能,应使连接部位处于油井动液面以上。用户宁愿采用米经绕包连接的电缆,而不愿用经过绕包连接的电缆绕包连接后的电缆重复使用以及连接点数量的增多都会增大电缆产生故障的可能性。应用端接多在井日、潜油电机以及井下封隔器等部位。井口和封隔器的端接采用一段称为“猪尾”引线的短电缆进行联接。电缆与电机的连接部位称为“电缆头”。通常把“电缆头”作为与动力电缆相连的电机延伸电缆总装的一部分供货。如果电机和套管间有足够的空间,可以把电缆头直接连接在动力电缆上在井口和封隔器处的端接方式有多种。一种是直接安装在动力电缆上的可附端接普通的井口穿头允许动力电缆直接通穿,虽然也要采取适当的密封措施,但它不被认为是属于端接的范畴。所以,这种穿头仅限于井口压力小于2 为做这种穿头时需剥去恺装,在一些井中,如果电缆裸露在气体中或在井口压力过高的环境中应用时,没有恺装会使护套和绝缘膨胀,因此应采用穿头总成。按井}7制造厂商的建议进行操作。端接材料必须与主电缆的参数,如导体尺寸、金属性能、温度额定值和绝缘材料的种类等相一致,以确保其使用寿命最长。这些材料还必须与井液和工况等使用要求相符合。选择在含井中应用的端接材料应与前文所述选择电缆材料需特殊考虑的问题相同。端接越多,这并无意限制或阻碍采用其他类型的结构。 }}灌封连接螺母恺装 7. 17389一1998附录A(标准的附录)电费分析须考虑把电缆系统成本降至最低的几个因素,如电缆的尺寸、电压要求和电流要求。为要求功率保持相对恒定,所以系统电压越高,电机的电流便会越低。电缆内的功率损耗等干电缆的电阻、导体的数量和电流的平方的乘积。对于固定尺寸的导体,高电压低电流电机可以减小功率损耗〕美国“全国电气规程”建议当电缆的最大压降不超过电机额定电压的5%时,将能提供合理的效率是用于潜油电机主馈线且已标准化的线芯主要是美国线规4号、2号和1号。可利用的线芯还有美国线规6号,但由于电气和机械两方面的限制,而未被推荐。大于美国线规1号的导体也可应用。如果井筒内有足够的环隙,那么必须以导体承载的电流量为依据来选择导体尺寸应进行电缆导体规格和电缆功率损失成本的经济对比。经济分析应评价低功率电缆全寿命期间的消耗成本能否抵消购买较大尺寸导体电缆的初始投资。外还需要一些其他来源的资料完成系统分析。I=K X 尸 中:I—114;;井底温度下两种规格导体的电阻差,a/1000 m;费,元/h—相数3;计的电缆寿命,a(在此可用收回电缆投资需用的年数来代替电缆的寿命)。附录B(标准的附录)电缆类型指南据各章相对应的电缆结构划归分类指南卜本75617389一1998规范未注明材料可参阅其他有关文献。表第2章)温度标志工丙烯月青橡胶二元乙丙橡胶铅导体温度,性材料外包铅或其他特殊结构表第3章)温度标志}铜涂层镀锡未镀锡或镀锡金属性能全国电气制造商协会第4章)温度标志工址:北京市安定门外安华里二区表第5章)温度标志[第6章)温度标志—一铅包层一}铅带聚氟乙烯聚氟乙烯聚氟乙烯聚氟乙烯丰寸垫聚酸胺/只元乙丙橡胶注:编织和保护层是任选的材料,各制造商采用的材料可能有很大差异。表中所列为最常用材料757 17389第7章)温度标志019018附录C(提示的附录)美国线规号公制尺寸潜油电泵常规电缆美国线规号公制尺寸见表;‘::示的附录)16和09不锈钢化学成分和机械性能16和16和09不锈钢化学成分和机械性能钢号化学成分,%力学性能少、碑.‘叫孕、00090. 01. 50^750. 4844824125
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