潜油电泵井下电缆击穿因素思考

解肖

摘 要：潜油电泵井下电缆是井下电泵机组的重要组成部分之一，可以同时做到传输电能和传输井下传感器的信号两个功能。但现有电泵井下电缆所处环境比较恶劣，持续高温高压，高酸碱度会对电缆的绝缘性能造成不可逆转的影响，本文主要分析了潜油电泵井下电缆的结构和作用，探讨了绝缘层老化及损害的主要原因，并且提出了一些可以减少电缆击穿的方案。

关键词：潜油电泵;井下电缆;电缆击穿

1  潜油电泵井下电缆结构

潜油电泵井下电缆需被放置在油井之内，因此会受到空间影响，所以前有电缆的规格被限制在一定范围之内。当前我国绝大多数潜油电缆的形状为圆形和变形，变形电缆主要被应用于一些油井套管和油管之间空间较小的场景之下，适用于直径小于等于139.77毫米的套管，而圆形电缆则被使用于一些扁形电缆无法满足的场所。电缆内部结构主要包括导体绝缘保护层，护套，保护层以及铠装层，电缆导体绝大多数都是无氧铜杆拉伸塑制成的导线，可以用来传输电能，多采用单股或者多股的形式制成绞线，导线外层的绝缘保护层如果采用了聚丙烯材料就必须在电缆导体表面进行镀锡处理，防止铜和聚丙烯之间发生化学反应，避免影响电缆的使用寿命。绝缘保护层的特性，直接关系到电缆对温度的承受耐力，因此绝大多数都由高分子材料加工而成，具有较好的化学性质和介电特性，物理性质比较稳定。要提高潜油电泵电缆的电气绝缘性，就必须在电缆的导体和绝缘层之间加涂一层粘结剂，使导线和绝缘材料之间保持不完全剥离的状态，防止油井内的气体在电缆内进行游动。护套保护层可以保护绝缘层，其质量将直接影响到潜油电泵电缆的使用寿命，因此必须保障护套保护层的密封能力，防止油井内部的一些腐蚀物质对电缆的中心部分进行腐蚀。最外层的铠装保护层可以承受一些纵向压力，在电缆的拆卸和安装过程中对电缆进行保护。

2  绝缘老化以及损坏的原因

2.1化学原因。

化学原因主要分为4种：首先潜油电泵电缆生产过程中，一些厂家采用了本身存在缺陷的电缆。其次，油井内部的压力值较高，并且存在一些易腐蚀物质，可能破坏电缆的绝缘性能。第三，油井内的一些气体会进入到电缆绝缘层和导线当中，对电缆的绝缘性能造成不利影响，缩短电缆绝缘层的使用寿命。第四，潜油电泵电缆长期使用过程中，节约材料会受到外界影响不断老化。

2.2温度原因

油井内的温度长期保持在90度到130度范围之内，这种温度是影响电缆绝缘性能以及老化速度的主要因素，如果电缆所采用的绝缘材料聚丙烯，其最高承受温度一般小于75摄氏度，高温条件下，聚丙烯材料所制成的节约成会不断开裂，从而产生老化现象，甚至会使电缆的导线产生偏移，造成局部出现发电问题。在油井的正常生产过程中，潜油电泵井机组瞬间启动的电流甚至可以达到额定电流的4～5倍，较高频率的启动和停止机组会造成绝缘层加速老化。而电井内部的一些泥土沙质和结构物质会导致电机的负载不断增大。如果地下油气储层的油液供应不足，会导致机组运行过程中所产生的热量无法散发，在温度和压力比较高的环境之中，油井内部的液体和气体会对电缆进一步腐蚀，造成绝缘层老化速度进一步加快。油井生产过程中，其冷却介质温度变化以及负债情况的改变，都会使绝缘层产生弹性疲劳，甚至会导致纤维组织断裂造成绝缘层完全破损，无法使用。井下电缆哪个部位的导热系数和膨胀系数都存在一定差异，因此油井温度的变化会在绝缘材料之间甚至是学材料和导体之间的结合部位，产生较大压力，导致电缆的绝缘性能下降。

2.3电气原因

如果使用团队对潜油电泵机组频繁进行启动或过载，会导致电缆内部导线承载电流急剧变大，造成绝缘层迅速老化。

3  电缆绝缘被击穿的过程

潜油电泵井下电缆绝缘层被击穿的主要原因是电机窗和热击穿，而数据分析来看，绝缘层破坏的原因主要包括放电过热和过电压三种。随着我国科学技术的不断发展，我国已经对潜油电泵井下电缆的过电压现象进行了有效控制，因此当前绝大多数电缆较长时间工作在高电压情况之下，不会对电缆的绝缘性能产生较大的破坏，所以电缆击穿绝大多数都产生于工作电压的正常状态之下。

3.1电击穿

电击穿是由于电缆受到短时间高电压的作用，所产生的瞬间高电压可以对一些绝缘性能较差的电缆薄弱部位产生电击穿，从而出现贯穿性的狭窄通道，该通道内部会分离出一些碳颗粒，影响到电缆的正常使用。电缆的电击穿产生时所必备的能量和吸收的能量数值较小，局部温度升高还没有散失，因此与被击穿之前的情况差异较小，从外观上很难看出区别。

（2）热击穿

潜油电泵井下电缆的热击穿绝大多数都会同时伴有热传递，绝缘层在承受较大热量的情况时，其化学性能会产生较大变化，因此热击穿状态下的电缆损坏范围较大，严重的热击穿甚至会影响到电缆整体的节约材料。

4  减少电缆击穿的措施

首先工程团队应该依据井下作业的具体需求，科学合理的选择电缆，防止电缆的荷载超出其可承受范围，造成较大损失，此外，团队还应该实时监测井下油气储层的油液供给情况，选择合适的电板型号参数，避免出些油液供应不足的问题，导致电泵机组在运行过程中温度过高，破坏电缆的绝缘性能，同时依据油井的生产情况设定电缆的保护数值，避免频繁启停机组，造成电缆超负荷运行。工程团队应该避免将潜油电泵电缆放置于露天环境之下进行保存，并且在对电缆进行运输吊装时采取一些保护措施减少电缆之间的磕碰现象，在潜油电泵机组的安装作业过程中严格遵守我国相关规定，在电缆井下作业的准备时期，将电缆放置于合适的位置，确保电缆的走向正确，并且将采油井口和天滑轮放置于同一平面之内，防治电缆在下访过程中出现卡滞现象。在进行电缆下放之前，相关人员应该再次检查电缆的绝缘情况测试电缆绝缘电阻值，并且检查电缆的外观，避免使用一些外观具有破损的电缆。工作团队结束潜油电泵机组的地面安装之后，可以将一些小编电缆接头和潜油电机内部的接引部件进行电气连接和密封，并且在小扁电缆之外加設一层保护层，将其与电泵机组和油管一起下放入油井之中，保障电缆滚筒运行速度与油管下放速度相一致，初次之外，工作团队在对油管进行下放作业时，必须轻提慢放，按照规范化的操作流程进行作业，尽量避免人为因素对电缆造成损害，下放过程中还应该再次对电缆的节约情况进行检测。

5  结语

潜油电泵井下电缆将直接影响到电泵机组的具体运行状态，本文主要分析了电缆的被击穿现象，制定出了合适的解决措施。工程团队应该在电缆和电泵机组的型号的基础之上，了解油井的温度和供应情况，确定电缆的绝缘等级，并且在施工过程中采取相应的保护措施，减少对电缆保护层的破坏，在正常生产时应该规范化运行管理机组，有效避免击穿现象。

参考文献：

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