Новые высокотемпературные провода SuperLinx
Выпускаются небольшими партиями/ длинами, с маркировкой и окраской
Информация "Проекту Русский Кабель" любезно предоставлена
Производственно-техническим журналом "ЭЛЕКТРО"
http://www.elektro.elektrozavod.ru/
Адрес редакции: 107023, Москва, Электрозаводская ул. 21.
Тел. (495) 152-56-55, 777-82-01
В данной публикации рассмотрены некоторые свойства наиболее перспективных полимерных материалов для изоляции и оболочек кабелей, при меняемых в нефтяных скважинах. Исследовались состав и происхождение образцов
Таблица №1
№ образца |
Наименование материала и его обозначение |
Марка материала |
Форма образца и его происхождение |
1 |
Полиэтилен высокой плотности (низкого давления), (ПЭВП) |
271-274К |
"Камкабель" внутренний слой (трубка) |
2 |
Полиэтилен высокой плотности (низкого давления), (ПЭВП) |
наружный слой (трубка) |
|
3 |
Полиэтилен высокой плотности (низкого давления), (ПЭВП) |
271-70К |
"Камкабель" внутренний слой (трубка) |
4 |
Полиэтилен высокой плотности (низкого давления), (ПЭВП) |
наружный слой (трубка) |
|
5 |
Силаносшиваемый полиэтилен высокой плотности, (СПЭВП) |
катализатор Cat-40 |
"Камкабель" внутренний слой (трубка) |
6 |
Силаносшиваемый полиэтилен высокой плотности, (СПЭВП) |
наружный слой (трубка) |
|
7 |
Радиационно-модифици-рованный полиэтилен |
"Подольсккабель" внутренний слой наружный слой |
|
8 |
Блоксополимер пропилена с этиленом (СЭП) |
||
9 |
Блоксополимер пропилена с этиленом (СЭП) |
0201 5-302 КМ |
г. Уфа, лопаточка |
10 |
Блоксополимер пропилена с этиленом (СЭП) |
02015-301 К |
г. Уфа, лопаточка |
11 |
Термоэластопласт (ТЭП) |
02035-305 К |
г. Уфа, лопаточка |
12 |
Термоэластопласт (ТЭП), самозатухающий, опытная проба |
РО-146 |
г. Уфа, лопаточка |
13 |
Полиэтилен высокой плотности (низкого давления), (ПЭВП) |
271-70К |
После эксплуатации в течение 199 сут (трубки) |
образцы материалов, приведенные в таблице 1. Испытания были проведены в ФГУП "НИИПМ", г. Пермь.
Для изготовления образцов 1 -8 изоляция снималась с кабелей. Изоляция наносится экструзией за два раза, поэтому она имеет внутренний и наружный слои. Образцы 9-12 изготовлялись из гранул прессованием в виде лопаточек размером 44x6x1 мм3. Образец 13 эксплуатировался в скважине месторождения "Лангепас" в течение 199 суток.
Для определения темпера тур плавления и начала терми ческого разложения сняты термограммы на дифференциально-сканирующем калориметре ДСК-111 со следующими характеристиками:
На рис.1 приведен фрагмент термограммы для образца 3 (табл.1). Из термограмм получено, что температура плавления Тпл различных марок полиэтилена 134-136 °С. Значения Тпл СЭП - 169-174 °С и ТЭП - 165-168°С.
Рис. 1 Термограмма для образца 3
Фрагмент термограммы образца ПЭ 271-70К (внутренняя трубка)
Температура начала термического разложения (Тразл) ПЭ 271-70К составляет 233-238 °С, ПЭ 271-274К - 247-252 °С, силаносшиваемого ПЭ высокой плотности достигает 273-277 °С, СЭП - 241 -263 °С, ТЭП - 260-269 °С.
Температура начала термического окисления в значительной мере связана с количеством и составом стабилизатора и других добавок и не связана только с составом самого материала.
Набухание материалов исследовалось в нефти Усинского месторождения (табл. 2); значение набуха ния определялось как отношение приращения массы образца к его исходной массе.
Следует отметить, что равновесная степень набухания исследованных образцов при 80 и 90 °С дости гается, в основном, в течение первых сут.
Наибольшей стойкостью к набуханию обладают образцы полиэтилена.
Степень набухания СЭП в 2,5-3 раза выше, чем у ПЭВП, СПЭВП и радиационно-модифицированного
Таблица №2 Значения равновесного набухания материалов изоляции
№ п/п |
Наименование материалов |
Равновесное набу хание в нефти, %, при температуре |
|
80 °С |
90 °С |
||
1 |
ПЭ 271-274К, "Камкабель", внутренний слой |
8,7 |
9,5 |
2 |
ПЭ 271-274К, "Камкабель", наружный слой |
9,1 |
9,8 |
3 |
ПЭ 271-70К, "Камкабель", внутренний слой |
9,4 |
10,5 |
4 |
ПЭ 271-70К, "Камкабель", наружный слой |
9,2 |
10,4 |
5 |
ПЭ силаносшиваемый высокой плотности, внутренний слой |
9,2 |
9,7 |
6 |
ПЭ силаносшиваемый высокой плотности, наружный слой |
9,8 |
10,5 |
7 |
ПЭ радиационно-модифици-рованный, Подольский завод, внутренний слой |
9,1 |
11,3 |
8 |
СЭП, Подольский завод, наружный слой |
25,5 |
26,6 |
9 |
СЭП 02015-302К-М, (Бален) г. Уфа, лопаточка |
20,3 |
23,5 |
10 |
СЭП 02015-301 К, г. Уфа, лопаточка |
32,1 |
35,3 |
11 |
ТЭП 02035-305К, г. Уфа, лопаточка |
76,8 |
81,2 |
12 |
ТЭП-146, г. Уфа, лопаточка |
61,2 |
68,0 |
Механические характеристики несшитых ПЭ, СЭП и сшитых различными способами ПЭ в диапазоне температур эксплуатации нефтекабелей
Таблица №3
Наименование материала |
Харак- терис- тики |
Единица измерения |
Значения характеристик при температурах, °С |
||||||||
-60 |
-40 |
-20 |
20 |
50 |
90 |
110 |
120 |
130 |
|||
ПЭ несшитый 271-274, "Камакабель" |
кгс/см2 |
514 |
450 |
404 |
272 |
167 |
85 |
57 |
49 |
4,4 |
|
кгс/см2 |
352 |
300 |
305 |
179 |
148 |
74 |
52 |
46 |
2,4 |
||
% |
14 |
20 |
20 |
22 |
40 |
2140 |
2430 |
2600 |
465 |
||
% |
24 |
46 |
52 |
128 |
1248 |
2870 |
3250 |
2300 |
1060 |
||
ПЭ радиационно - модифицированный (внутренний слой), Подольский завод |
кгс/см2 |
245 |
220 |
183 |
144 |
98 |
53,4 |
31,5 |
36 |
15,5 |
|
кгс/см2 |
188 |
177 |
155 |
112 |
98 |
53,4 |
31,5 |
34 |
9,1 |
||
% |
48 |
50 |
54 |
68 |
2850 |
2120 |
1550 |
500 |
520 |
||
% |
147 |
156 |
159 |
824 |
2850 |
2120 |
1550 |
1070 |
1350 |
||
ПЭ силаносшиваемый высокой плотности |
кгс/см2 |
314 |
281 |
235 |
150 |
100 |
72 |
43 |
26 |
5,3 |
|
кгс/см2 |
273 |
236 |
184 |
130 |
96 |
70 |
38 |
23 |
4,6 |
||
% |
28 |
28 |
30 |
170 |
160 |
1240 |
890 |
1260 |
238 |
||
% |
72 |
88 |
130 |
1280 |
890 |
1590 |
1010 |
1380 |
234 |
||
СЭП, (наружный слой) Подольский завод |
кгс/см2 |
364 |
295 |
220 |
133 |
99 |
58 |
38 |
|||
кгс/см2 |
364 |
288 |
98 |
90 |
99 |
51 |
- |
||||
% |
25 |
28 |
29 |
42 |
2920 |
3870 |
6250 |
||||
% |
25 |
34 |
58 |
486 |
2920 |
4820 |
Таблица №4 Механические характеристики блоксополимеров (СЭП) и термоэластопластов (ТЭП) в диапазоне температур эксплуатации нефтекабелей
Наименование материала |
Харак- терис- тики |
Единица измерения |
Значения характеристик при температурах, °С |
||||
-50 |
20 |
50 |
90 |
110 |
|||
ТЭП 02035-305К |
кгс/см2 |
350 |
111 |
56 |
39 |
28 |
|
кгс/см2 |
350 |
111 |
56 |
39 |
28 |
||
% |
79 |
423 |
342 |
503 |
427 |
||
% |
79 |
423 |
342 |
503 |
427 |
||
ТЭП, самозатухающий, опытная проба РО-146 |
кгс/см2 |
254 |
122 |
78 |
49 |
36 |
|
кгс/см2 |
249 |
122 |
78 |
49 |
36 |
||
% |
7,8 |
374 |
406 |
692 |
726 |
||
% |
121 |
374 |
406 |
692 |
726 |
||
СЭП 0201 5-301 К |
кгс/см2 |
544 |
263 |
245 |
123 |
77 |
|
кгс/см2 |
518 |
105 |
245 |
123 |
77 |
||
% |
5,3 |
10,9 |
797 |
940 |
988 |
||
% |
7,1 |
114 |
797 |
940 |
988 |
||
СЭП 0201 5-302КМ |
кгс/см2 |
58 |
337 |
243 |
192 |
132 |
|
кгс/см2 |
57 |
266 |
243 |
192 |
132 |
||
% |
9,6 |
28 |
737 |
948 |
879 |
||
% |
22 |
59 |
733 |
948 |
879 |
полиэтилена. Степень набухания ТЭП в 6-7 раз выше, чем у ПЭ. Это связано с меньшей долей кристаллической фазы в этих материалах.
Для оценки степени набухания материала изоля ции в реальных условиях были использованы образцы кабеля, подвергнутого эксплуатации в скважине месторождения "Лангепас" в течение 199 сут, и образцы нового кабеля из ПЭ 271-70К. Определялась масса изоляции обоих кабелей на единице длины и по разности этих масс определена степень набухания - 47 %, что значительно больше, чем при лабораторных испытаниях (-10 %).
Механические характеристики образцов на растяжение определялись на двусторонних лопаточках общей длиной 110 мм, длиной рабочей части 44 мм, шириной 6 мм и толщиной 1 мм, а также на образцах трубчатой формы общей длиной 80 мм и длиной ра бочей части 25 мм, снятых с кабелей. Скорость растяжения образцов 100 мм/мин.
Диаграммы нагружений для всех образцов имеют одинаковые характерные участки: начальный участок 1, в конце которого напряжение достигает максимального значения при относительном уд линении ; участок 2 с образованием и распро странением "шейки" (иногда двух) на всю длину рабочей части образца со спадом напряжения на 20-40% от ; участок 3 с небольшим повышением напряжения на 10-20% до значения с удлинением до с последующим разрывом образца.
Результаты исследований механических харак теристик материалов приведены в табл. 3 и 4. Механические характеристики, определенные по образцам-лопаточкам и образцам-трубкам, пример но одинаковые; напряжение и деформация образцов, бывших в эксплуатации, на 10-30 % ниже, чем у новых кабелей.
Из анализа данных, приведенных в табл. 3 и 4, следует, что по морозостойкости сшитые полиэтилены превосходят несшитые, а несшитые ПЭ превосходят блоксополимеры СЭП и ТЭП.
При повышенных температурах наименьшую прочность имеют радиационно-модифицирован-ный ПЭ и ТЭП. Высокими значениями прочности при температурах 90 и 110 °С выделяется блоксополимер СЭП 02015-302 КМ. При повышении температуры до 130 °С наблюдается резкое снижение прочности как несшитого, так и сшитых полиэтиленов.
Из вышеизложенного можно заключить, что по совокупности эксплуатационных характеристик для изготовления изоляции предпочтительным является силаносшиваемый ПЭВП, который сочетает высокую морозостойкость и наилучшую стойкость к воздействию нефти.
В качестве материала как нижнего, так и верхнего слоя изоляции или оболочки можно рекомендовать блоксополимер СЭП 02015-302 КМ, у которого высокая морозостойкость, наибольшая температура начала термоокислительной деструкции и доста точно высокая стойкость к воздействию нефти. Эти свойства сочетаются с высокими механическими характеристиками.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Буренков А.Е., Валеев Н.С., докт. техн. наук, ФГУП "НИИПМ"
Смильгевич В.В., канд. техн. наук, ОАО "Камкабель"
Холодный С.Д., докт. техн. наук, АО "Фирма ОРГРЭС"