潜油电泵电缆选择的影响因素分析及方法探讨

李晶

（大庆油田力神泵业有限公司，黑龙江 大庆 163000）

在人工举升采油方式中，潜油电泵采油是仅次于有杆泵采油的一种方式，该技术在我国的20世纪60～70年代之间由国外引进，逐步得到了推广和应用，目前在我国的举升采油手段中占有重要的地位。潜油电泵系统中的重要组成部分之一就是潜油电泵的电缆，其主要的作用就是连接井下电机和地面电能，美国在潜油电泵电缆的生产制造中是目前世界上实力最强的国家，技术先进、产品稳定，得到了大家的一致好评。我国潜油电泵电缆生产最早出现在1988年的中国石油集团渤海石油装备制造有限公司，最早采用的方法是进口关键设备和借鉴国外的先进技术。经过多年的不懈努力和研究，在潜油电泵电缆的材料、配方等方面均取得了较大的进步，已经成功的自主研发了先进的工艺技术，逐步研究和开发出了90℃、120℃、150℃、180℃耐温等级的电缆，在我国的潜油电泵电缆生产中都处于领先地位，部分技术已经达到了国际先进水平，具有很大的市场前景和发展空间。

1 潜油电泵电缆及其功能

潜油电泵系统中，电缆的主要作用就是为潜油电泵机组提供动力，一般铺设在油井之中，潜油电机与电缆的下端通过引接电缆相连，电缆的上端连接在地面的控制柜上。地面的电能通过潜油电泵的电缆输送到井下的潜油电机中，井下传感器发出的信号也可以通过电缆传输到地面。因为潜油电泵的电缆一般都铺设在井中，在井下进行连接，工作的环境和条件比较恶劣，一般情况下都是处在高温、高压、油水混合、酸碱等具有较强的腐蚀性环境中，因此潜油电泵的电缆和普通的电缆有所不同，要具备一定的抗腐蚀性，耐高温和高压的能力，还必须保持电缆具有良好的绝缘性、机械性等，必须是一种技术含量很高的特殊电缆。

2 电缆各相关部件和工艺的具体要求

（1）导体。电缆的导体一般选用的都是优质、长度比较大的无氧铜杆，单股无焊接，保证直流电阻。导体的表面镀锌和不镀锌都可以，单股铜线和多股铜线根据实际需要进行选择，如果采用的电缆是利用聚丙烯做绝缘，就要在导体表面进行镀锌，避免聚丙烯和铜之间发生反应，出现老化的情况。

（2）绝缘层。电缆绝缘层材料的选择上，一定要根据实际情况下电缆的温度来决定，潜油电泵电缆在工作过程中要具有良好的电气绝缘性、防老化性、机械物理性，才能保证电缆在工作中具有很好的绝缘阻值，较低的泄漏电流。在选择绝缘层的材料时，一般使用聚丙烯、乙丙橡胶等，一些比较特殊的电缆在材料的选择上也有所不同，如果所处环境需要耐高温150℃以上，就要采用聚酰亚胺复合乙橡胶组合的绝缘结构。绝缘标称的厚度与额定电压有着直接的关系，电缆绝缘层最薄的厚度要大于标称值的90%减去0．1，想要进一步的加强电缆电气的绝缘效果，就要将粘结剂涂在乙丙橡胶绝缘电缆导体和绝缘层之间，使导体和绝缘层之间保持良好的接触，有效避免电缆中的气体在油井中进行移动。

（3）成缆。成缆是圆形电缆生产过程中最为重要的一个环节，成缆质量的好坏决定电缆生产工序是否能够有效地进行，成缆的制定过程中，节距的选择要根据线芯的外径进行选择，使用3根线芯保持张力的同时，还要防止出现退扭的现象，为了保障线芯之间的密封作用，将生橡胶填充在内，避免油气在电缆内部出现移动，线芯的直流电阻测量工作一定要在线芯成缆之前进行，计算出直流电阻的不平衡率，保证符合国家标准。

（4）护套层。潜油电泵的电缆在使用过程中一直处于井中，井中的液体长期与保护层进行接触，因此保护套质量的好坏直接影响潜油电泵电缆的使用寿命。保护套的材料在选择上一定要具有耐高温、耐高压、密封性强、耐油水、耐腐蚀等特性，根据实际的情况不同选择的材料也不同，一般包括丁晴橡胶、乙丙橡胶、金属铅等。电缆保护套的最薄厚度应该大于标称值的80%减0．2，没有明显的偏心现象。

（5）耐油垫层。耐油垫层一般处于保护层内外绕包，起到了为下敷材料保证其箍紧强度的作用，有效的避免电缆出现破损。

（6）铠装层。铠装层的主要作用是在电缆的安装和运输过程中，起到一定的机械保护作用，避免出现下敷材料的膨胀，同时还能很好的起到一定的支撑作用，根据实际使用环境的不同，潜油电泵电缆的铠装层主要采用的几种方法为镀锌钢带、不锈钢钢带、蒙乃尔钢带等进行铠装。钢带铠装是潜油电泵电缆铠装的基本形式，一般为联锁铠装，铠装方向为左右，铠装保持平整。

3 影响潜油电泵电缆选择的因素

影响潜油电泵电缆的选择因素有很多，其中主要的有以下几点。

（1）井温。井温指的就是潜油电泵电缆在井下任意位置周围的温度，温度不同的潜油电泵油井，选择的电缆耐温等级也各不相同，井温对电缆绝缘层材料的选择有着直接的影响，还影响电缆的压降。

（2）潜油电机额定电流、额定电压。电机的启动电流在固频柜中一般为额定电流的4～6倍，电缆降压是正常工作的4～6倍，保证潜油电机能够有足够转矩进行转动的同时，启动电机端的电压不能超过额定电压的50%，想要避免电机启动能力出现不足，就要科学、合理的选择电缆的型号与规格，电机的选择一般为高电压、低电流，电缆的耐压等级和电机的额定电压也有一定的影响。

（3）油套环空间隙。选择潜油电泵的电缆时，要注意油套环之间的间隙大小，油套环的空间间隙直接影响着电缆的最大外径，圆电缆和扁电缆各有各的优点和好处，圆电缆具有更好的电平衡和较大的载流量，扁电缆具有良好的散热性，圆电缆一般适用于油套环空间空隙较大的油井，扁电缆则适用于油套环空间空隙较小或者接引电缆的油井。

（4）复杂井况条件。每个油井的井况都各不相同，对于电缆的绝缘类型、保护套材料、电铠的铠皮的选择，一定要符合油井的井底温度和流体特性。

4 潜油动力电缆的选择方法

（1）选择电缆规格。潜油电泵电缆的规格一般都是选用电缆压降图版法进行查询，选择的电缆压降一般不能大于30V/305m规格。

（2）选择电缆耐温、耐压等级。一般情况下电缆的耐温、耐压等级分为4种，分别为90℃、120℃、150℃、180℃。同时井底的温度不能高于电缆的温度17℃以上，电缆在井下工作时，产生的导线温度和工作温度一定要大于电缆额定温度。电缆的耐压等级选择与潜油电机的额定电压有着直接关系，一般耐压等级为额定电压的 1．5～2倍之间。

（3）复杂井况下电缆类型的选择。电缆铠皮类型的选择和油井的腐蚀性有着直接的影响，井下的环境比较恶劣，存在大量的二氧化碳、硫化氢等化合物，很容易对不锈钢金属产生腐蚀，比较特殊的油井，例如含油氯离子和硫化氢等，一般不适用不锈钢铠皮。在井中二氧化碳含量不超过10%、压力小于21MPa的情况下，可以使用400系列不锈钢。一些油井中的高气液比比较高，含油很强的腐蚀性气体，腐蚀性气体可以通过铠装、保护层进入绝缘层内，严重的情况下可能影响绝缘层的使用寿命。高气液比的油井中，将粘结剂添加在导体和绝缘层之间，适当的加入一些保护层和编制层，有效的为绝缘层提供气液屏蔽和特殊密封。在高温的油井中，绝缘层的材料会进一步的老化和腐蚀，需要我们采用更加耐腐蚀、耐高温的材料，也可以选择一些复合材料。此外，为了保障井口位置和地面的接头保持一定的安全距离，电缆长度的选择一定要比下泵的深度长出30m右。

5 现场试验及应用效果

一定要避免潜油电泵电缆在露天存放，在进行吊装和运输的过程中也要避免出现磕碰现象，在施工作业的过程中要严格按照HSE相关标准进行。电缆在下井施工准备时期要放置在适当的位置，一定要确保电缆的走向、井口、天滑轮等保持一个作业平面，才能保障电缆下井的顺畅。电缆在下降前，要进行绝缘的测试、外观的检查等，潜油电泵机组组装完成后，电机的接引线和小扁电缆头进行连接、密封，小扁电缆外侧需要加装保护罩。电泵机组、油管和电缆一起输送到井下，在下放过程中要保持电缆滚筒和油管速度一致。整个下放的过程要注意对电缆的保护，严格按照操作规范进行操作，对油管下放时轻拿轻放，防止人为因素对电缆进行损坏，施工过程中还要时刻的监督和检测电缆下井的绝缘情况。目前我国自主生产潜油电泵电缆已经在大庆、辽河、新疆、长庆等各大油田得到了广泛的应用和推广，逐渐的代替了进口电缆，同时我国生产的电缆已经逐渐的走向世界，得到了叙利亚、伊朗等国家的认可。

6 结语

经过以上的研究和分析发现，目前我国的各个油田进行勘探和开发的进度逐渐提升，随着勘探和开发的逐渐深入，研究的情况也越来越复杂多变，因此对潜油电泵电缆的质量提出了更高的要求。我们还要在今后加强电缆耐高温、耐高压、耐腐蚀等方面的研究，促进我国潜油电泵电缆的可持续发展。