潜油泵电力电缆制造及其主要特性.pdf

2 0 0 4年第 3 期 No 3 2 0 0 4 电 线 电 缆 El e c t r i c W i r e 8 Ca b l e 2 0 0 4年 6月 J u n 2 0 0 4 潜油泵电力电缆制造及其主要特性 程 向前 ( 上海交通大学机械 与动力工程学院 上海 2 0 0 2 4 0 ) 摘要： 本文主要介绍 了目前国内外潜油泵电力电缆主要的型号、 规格及其生产工艺和使用的特点 并对各种类 型的潜油泵电力电缆进行 了对比性试验 供有关人员的参考。 关键 词 ： 潜 油 泵 电力 电缆 ； 结 构； 工 艺 ； 性 能 中图分类号： T M2 4 6 9 文献标识码： A 文章编号： 1 6 7 2 - 6 9 0 1 ( 2 0 0 4 ) 0 3 ： 0 0 2 9 - 0 3 M a nu f a c t u r e a n d ma i n c h a r a c t e r i s t i c s o f o i l s u b me r s i b l e c a b l e CHENG Xi a n g q i a n ( Sh a n g h a i J i a o t o n g Un i v e r s i t yS b a n g h a i 2 0 0 2 4 0Chi n a) Ab s t r a c t ：Th i s p a p e r p r e s e n t s t h e t y p es i z en 1 a n IJ f a c t u nn g p r o c e s s a n d c h a r a c t e r i s t i c s i n a p p l i c a t i o n o f t h e p r i n c i p a l o i l s u b me r s i b l e p o we r c a b l e s a t h o me a n d a b r o a d Co mp a r a t i v e t e s t s we r e c a r r i e d o u t o n t h e i n d i v i d u a l t y p e s o f o i l s u bme r s i b l e p o we r c a b l e s f o r r e f e r e n c e b y p e r s o n s c o n c e r n e d Ke y wo r d s：o i l s u b me r s i b l e p o we r c a b l e ；c o ns t r u c t i o n；p r o c e s s ；p e r f o r ma n c e l 前 言 潜油泵 电力电缆 是石油工业采 油工 艺中为潜 油 电泵提 供 电力 的油矿 电缆 ， 其 工作 环境和 工作 条件 比较 恶劣 ， 常处 于高温 、 高 压 、 含油气 的腐蚀 性气 体 之 中。 目前 ， 国内各 生产厂家生产 的潜 油泵电力 电缆 主要 品种见 表 1 。 表 1 各厂生产的潜油泵电力电缆的主要品种 表 1型号 摘 自于 国家标 准 GB T 1 6 7 5 1 9 9 7 潜油 电泵机组 ， 型 号代号 含 义如下 ： QY一 电缆代 号 ， 即潜 油泵 电力 电缆 ； P一聚丙烯 ( 包 括改 性 聚丙 烯 ) ； E一乙丙橡 胶 ； YE一聚酰 亚胺一 F 4 6复合 薄膜 乙丙橡胶组合绝缘； Y F 一聚酰亚胺一 F 4 6复合薄膜 可溶性 聚四氟 乙烯组合绝缘； N一丁腈橡胶护套； F 一丁腈聚氯乙烯复合物护套； Q一铅( 铅合 金) 护 收 稿 日期 ： 2 0 0 4 1 2 1 5 作者简介： 程 向前( 1 9 6 6 一) 男 安徽怀宁人 工程硕土 研究生 胜利油 田泵公司电缆厂厂 长 副 总 工 程 师 作者地址 ： 山东东营市海河中路 l 1 3号 2 5 7 0 7 9 套 ； Y一圆形 。 国外潜油泵 电力 电缆 的生产 厂家主要有雷达公 司 、 比瑞利 公司 ( 原 飞利浦 ) 、 森垂公 司等 ， 其产 品规 格 型号 比较 齐 全 ， 主 要有 ： QYP N、 QYE Q、 QYEN、 QYE E、 QYP NY、 QYE NY、 QYE EY 等 型 号 。其 中 雷达公司生产的潜油电力电缆产品较有代表性。 2 潜油泵电力电缆的主要结构及工艺特点 2 1 导体 导体材料为无氧铜杆拉制丽成舶导线 导线直 径采用 美 国线规表示 。1 、 2 。 线 规导 线 由 7根单线 绞 合 制成 ( 如需 要 ， 也 可制成 单根 导线 ) ； 4 。 6 。 线 规导线由单根导线制成。由于铜与聚丙烯直接接触 会 加速聚丙烯 的老化 ， 所 以若 以聚丙烯 或改性 聚丙 烯 为绝缘 的电缆导线 必须镀 锡 ； 若采用三 元 乙丙 橡 皮 为绝缘 时 ， 为防止油井 下的气 体渗入 到导体 与绝 缘层 间隙之间 ， 导体 外应涂覆一层特殊粘接剂 。 通过 连续硫化 之后 可使导线与绝缘层 紧密地粘接 。 2 2绝缘层 潜 油泵 电力 电缆绝缘 可 由以下几种组成 ： ( 1 )聚丙烯 绝缘 。挤出温度从挤塑机 进 料 口到 机 头 一般 为 1 4 0 2 2 0。 C， 绝 缘 挤 出采 用 挤 压式 模 具 。 挤 压式模具易偏心 ， 但绝 缘层和导体包覆较为 紧 密 。 4 #线规潜 油泵 电力电缆绝缘线芯生 产速 度一般 为 2 O re rai n左 右 ， 挤 出成型 后 ， 在冷 却槽 中进 行水 冷却 。 ( 2 )三元乙丙胶绝缘 。三元 乙丙橡皮绝缘 线芯 维普资讯 http:/ 2 0 0 4年第 3期 NO 3 2 0 0 4 电 线 电 缆 El e c t r i c W l r t 8 Ca b l e 2 0 0 4年 6月 J u n 2 0 0 4 的生 产采用 挤橡 机挤 出 连 续硫 化管 道 内充 以饱 和 蒸汽 硫化温 度一般为 2 0 0 2 2 0。 C。因三元 乙丙胶 的粘 弹拉 伸性较小 ， 因此宜采用挤 压式模具 挤橡 机 的挤 出温度从进料 口到机头一般 为 6 O 9 5。 C。 同样 以4 #线规潜 油泵电缆绝缘 线芯 为例 ， 生产速度可 根 据绝缘线 芯在连硫管道 中停 留的时间及硫化温度 定 一般 为 l l 2 0 m mi n 。 ( 3 )聚酰 亚胺 F 4 6 复 合 薄膜 +三 元 乙丙 胶组 合绝缘 。 在导 体外层包覆 聚酰亚胺 F 4 6 复合薄膜 后 烧结 ， 并经过特殊结 构设 计 ， 在薄膜烧结层外涂 以特 殊粘接剂 。 然后挤制 三元乙丙胶 。 三元 乙丙橡皮 的挤 出工 艺与上 述相 同 ， 通 过连续 硫 化后 复合薄膜 与 i 元乙丙橡 皮能紧密粘接 。 ( 4 )氟塑料绝缘 。 氟塑料拉伸性较 大 ， 挤 出宜采 用 挤 管 式 模具 ， 挤 出温 度 从 进 料 口到 机 头 一 般 为 2 5 0 -4 0 0。 C。挤 出成 型后用冷却槽进行 温水冷却 。 2 3 内护套 ( 1 )铅 内护套 。 采 用连续 式挤铅机 其连续 挤 出 温度 一 般 为 2 9 0 3 9 0。 C 出线 速 度一 般 为 1 0 1 j m rai n。 ( 2 )丁腈橡皮 内护 套。丁腈橡 皮护套生 产采用 挤橡机挤 出 ， 连续硫化管 内充以饱和蒸汽 硫化温度 一 般 为 l 7 0 l 9 0。 C。因丁腈橡 胶 的粘弹拉 伸性 较 小 ， 宜采用挤压式模具 。 挤橡机 的挤 出温度从进料 口 到机头 一般 为 5 O 7 5。 C。4 线规潜 油泵 电力 电缆 绝缘线芯生产 速度 根据绝缘线芯 在连 硫管道中的停 留时间及硫化 温度 而定 ， 一 般为 1 6 2 3 m mi n。 2 4内护层绕包和编织 潜油 泵 电力 电缆 内护 套之 外 需 进行 内护 层绕 包和编织 。 绕 包材料 为聚 四氟乙烯带 +锦纶丝带 采 用重叠绕包 。 重叠 率达 5 0 ； 编织材 料 为锦纶丝 编 织覆盖率为 l O 0 。 2 5 铠装 钢带铠装重叠绕 包 。 重叠率 3 5 。 铠装 后电缆 圆整度控 制较难 ， 尤其 是铅 护 套 电缆 铠装 后易将 铅 层变形 。 3 不同厂家生产 的潜油泵电力电缆的 比较 3 1 结构 的比较 表 2列 出 了 主 要 几 家 生 产 厂 生 产 型 号 为 QYE Q 潜油泵 电力 电 的结构 比较 。 3 2 耐温性能 的比较 潜 油泵 电缆的耐温性能是指 在使用环境条件下 ( 通 常是与氧气 隔绝 的 ) ， 电缆 长期 运行 时允许 的导 体最高温度。 由于试验条件限制 ， 本文采用有氧的空 气热 老化来判定 电缆绝缘 的耐 温 ( 老化 ) 性 能 即将 经热老 化后 的电缆解剖 ， 分 析绝缘 老化程 度来 判定 电缆的耐温性能 。 ( 1 )三 元乙丙 胶绝缘 电缆 。对表 2所列 各厂生 产的 QYE Q 型潜 油泵 电力 电缆 进行空 气热 老化 试 验 并将热老 化后 的产 品解剖分析 ， 以判定绝缘 的耐 温性能 ， 试 验结果 见表 3 。从表 3可知 ， 在有 氧环境 下 三 元 乙丙 胶 绝 缘 长 期 允 许 工 作 温 度 宜 不 大 于 1 3j。 ( 、 。 表 2 QYE Q型潜油泵电力电缆结构对 比 司 导体 绝 缘 内护 套 g i g, 编 织 铠装 鲁 诈 。 表 3电缆 绝缘 热老 化性 能对 比 另外 通 过有 关文献 报导 可知 ， 在无 氧情况 下 ， 三元 乙丙 胶在 1 8 0。 C， 经 过 1 6 8 h老化试验后 其机 械物理 性能 仍能 保持 不变 ， 但 在 2 2 0。 C1 6 8 h后 机械物理性能 出现了劣化 。 因此 ， 可认 为三元 乙丙胶 绝缘 电缆在无 氧使 用条件下长期使用的导体极 限温 度为 l 5 0。 C左右 ； 长 期使用工作温度 为 l 3 5 。 C， 应有 较大把握 。 ( 2 )聚丙烯绝缘 电缆 。普遍认 为聚丙烯 绝缘潜 油泵 电缆使用环境 温度为 9 O。 C。 ( 3 )氟塑料绝缘 电缆 。氟塑料绝 缘 电缆 的长期 工 作环境温 度可 达 2 2 0。 C， 但 氟塑料在加 工 和使用 过程 中容 易开裂 ， 这一点很难克服 。 美 国军用高温 电 缆采用 氟塑料辐 照交联 的方 法 ， 可有效 的克 服开裂 的问题 。潜油泵 电力 电缆用 氟塑料做绝缘经现场应 用 寿命短 、 可修复性差 ， 不推荐使用 。 ( 4 )其他结构 的电缆 。乙丙胶 圆型电缆 在绝缘 层外应绕 包或挤包 能够 阻挡油层 渗入 的隔离 层 ( 国 外同型号电缆均采用此结构 ) 。 绕包 或挤包 材料应为 氟塑料 。 3 3 耐油性能 的比较 ( 1 )铅护 套。 铅护层 能有效 阻挡油、 水进入 电缆 维普资讯 http:/ 2 0 0 4年第 3 期 No 3 2 0 0 4 电 线 电 缆 E l e c t r i c Wi r e C a b l e 2 0 0 4年 6月 J u n 2 0 0 4 内部 ， 耐油性能够得 到保 障 ， 同时也具有一定的金属 屏蔽作用 。但铅 护套 电缆重量 大 ， 修理难 。 ( 2 )丁腈 护套 。耐油性较 好 ， 经 1 2 0。 1 6 8 h 热老化后 ， 电缆 的体积 和各种性能无 明显 变化 ； 但 其 耐温性较差 ， 1 5 0。 C1 6 8 h老 化后 电缆 的机械物理 性能下降很 明显 。另外 ， 在油井底部 的高 温、 高压 条 件下 ， 游 离态 的油 、 气分 子可透 过 丁腈 橡 皮 ( 护套 ) ， 渗入到 电缆绝缘层 ， 并 污染电缆绝缘层 。 ( 3 )乙丙护套 。经特殊 处理 的乙丙护套 的耐 油 性一 般 ， 1 2 0。 C1 6 8 h耐老化 试验 后 ， 电缆 的体 积 会膨胀 ， 其他 的各种性 能也有变化 ； 但 是其耐温性较 好 ， 1 5 0。 C1 6 8 h后机械物理性 能下降不 明显 。但 是乙丙护套仍有透 水性 。 ( 4 )乙丙 绝缘 。乙丙绝缘 的耐 油性 较差 ， 经过 1 2 0。 C1 6 8 h 老 化 试 验 后 ， 绝 缘 体 积膨 胀 率 较 大 ， 各种性 能变化 也大 ； 乙丙 绝缘 层 如果与 导体 粘接在 一 起 ， 可减小绝缘层 的膨胀 率 。 表 4为各厂家生产 的 乙丙绝缘 耐油试验 。 表 4各厂 生产 的 电缆 乙丙 绝缘 耐油 试 验 ( 5 )聚丙烯 绝缘 。耐油性 能好 ， 但其耐温性 差 ， 进行 1 5 0。 C1 6 8 h有 氧老 化 后 ， 机 械性 能 明显 下 降 。 3 4电性 能的比较 国家 标 准 GB T1 6 7 5 1 9 9 7对 潜 油 泵 电力 电 缆的绝缘 电阻要求为 5 5 0 Mr 2 k m。 因此 ， 潜油泵 电缆在下 放到井 下后 ， 在井 下环境 中的绝缘 电阻也 应达到 5 5 0 MQ k m。 聚 丙 烯 绝 缘 电缆 的绝 缘 电 阻 一 般 都 能 达 到 1 0 0 0 0 Mr 2k m， 下到井温 9 O。 C的深 井 中是 能满足 要求 。 乙丙胶 绝缘 电缆 的绝缘 电阻一 般 能达 到 8 0 0 0 MQ k m， 下到井 温 1 2 0。 C的深井 中也 能够 满 足要 求。 但当井温较高或乙丙胶电缆有缺陷时， 就有可能 出现 问题 。 另外 ， 在实测 中乙丙胶 电缆 的绝缘电阻并 不符合每升高 1 0。 C绝缘 电阻降低一倍 的关 系， 通过 实践证 明 ， 环境温度 达到 1 5 0。 C时 ， 电缆 的绝缘 电阻 仍然可满足使用要求。 因此综合考虑， 乙丙胶绝缘电 缆 能在环境 温度为 1 5 0。 C的情况下正常使用 。 4 结束语 本文对 各型号 、 规 格 的潜油泵 电力 电缆进行 较 为粗略 的 比较 ， 希望 能对 潜油泵 电缆 的应用 、 生 产 、 开发起 到一 定的作用 。 佛山华联有机硅有限公司 为您提供硅树脂涂层 、 硅橡胶 1 硅橡胶( 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