ГЕОФИЗИЧЕСКИЙ КОАКСИАЛЬНЫЙ КАБЕЛЬ Российский патент 2003 года по МПК H01B11/18 G01V3/18 

Описание патента на изобретение RU2200999C2

Изобретение относится к кабельной технике и может быть использовано для проведения работ и исследований в нефтяных и газовых скважинах.

Известна конструкция каротажного кабеля, содержащая изолированные друг от друга центральную токоведущую жилу и токоведущую медную оплетку, концентрично наложенную на жилу оболочку из изоляционного материала, при этом соотношение между толщиной оболочки и изоляции равно 5-8. Диаметр центральной токоведущей жилы равен 1,7 мм, наружный диаметр кабеля составляет 8,8 мм (см. авторское свидетельство СССР 551707, МПК2 Н 01 B 7/00, опубл. 25.03.77 г., б. 11).

Перечисленные особенности конструкции кабеля не позволяют использовать его в качестве силового. Площадь поперечного сечения центральной токоведущей жилы кабеля мала, что определяет его низкую пропускную способность.

Наиболее близким аналогом является геофизический коаксиальный кабель КРК-2, содержащий изолированные друг от друга центральную токоведущую жилу, выполненную из повивов медной проволоки, токоведущую медную оплетку и двухповивную проволочную броню.

Центральная токоведущая жила кабеля скручена из семи медных проволок, диаметр которых равен 0,35 мм, по системе 1+6. Фактическая площадь сечения жилы равна 0,673 мм2. Наружный диаметр кабеля составляет 10 мм. Описанный кабель является сигнальным и может пропустить высокочастотный ток, равный 20-100 мА (см. Л. А.Горбенко, "Каротажные кабели и их эксплуатация", изд. "Недра", М., 1978, с.28).

Недостаток известного кабеля заключается в низкой пропускной способности и невозможности использования его в качестве силового из-за невозможности передачи по кабелю требуемой электрической мощности, что объясняется малой величиной площади поперечного сечения токоведущей центральной жилы. Простое увеличение величины радиуса поперечного сечения центральной жилы (исходя только из необходимого значения плотности пропускаемого тока) не обеспечит нормальную работоспособность кабеля в качестве силового, т.к. приведет к уменьшению толщины изоляционных слоев, снижению электрической прочности кабеля и выходу его из строя.

В основу изобретения положена задача создания конструкции геофизического коаксиального силового кабеля с высокой пропускной способностью при габаритах, допускающих его использование в нефтяных и газовых скважинах, обеспечивая нормальную работоспособность и электрическую прочность кабеля.

Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей за счет передачи больших мощностей без нагрева брони кабеля при приемлемом для работы в скважине наружном диаметре.

Технический результат достигается тем, что в геофизическом коаксиальном кабеле, содержащем изолированные друг от друга центральную токоведущую жилу, выполненную из повивов медной проволоки, токоведущую медную оплетку и двухповивную проволочную броню, центральная токоведущая жила выполнена с площадью поперечного сечения не менее 1,5 мм2 и равной по величине площади поперечного сечения токоведущей оплетки, при этом соотношение размеров кабеля выражается формулой

где R1 - радиус центральной токоведущей жилы, задаваемый с учетом требуемой величины передаваемой мощности и заданной величины наружного диаметра;
R2 - внутренний радиус токоведущей оплетки,
R3 - наружный радиус токоведущей оплетки.

Поскольку в условиях заданной величины наружного диаметра кабеля площадь поперечного сечения центральной токоведущей жилы составляет не менее 1,5 мм2 и равна по величине площади поперечного сечения токоведущей медной оплетки, при этом соотношение размеров кабеля выражается заявляемой формулой, то при задаваемой величине R1 значения внутреннего R2 и наружного R3 радиусов токоведущей медной оплетки определяют исходя из системы уравнений

Выполнение центральной токоведущей жилы с площадью поперечного сечения не менее 1,5 мм2 дает возможность использовать геофизический коаксиальный кабель в качестве силового за счет обеспечения передачи большей электрической мощности.

Определенные из заявленных условий значения внутреннего и наружного радиусов токоведущей оплетки обеспечивают возможность изготовления геофизического коаксиального силового кабеля, способного передавать большие электрические мощности при минимально необходимых толщинах изоляционных слоев и габаритах, не превышающих заданную величину наружного диаметра кабеля, допускающую его использование в нефтяных и газовых скважинах с сохранением нормальной работоспособности и электрической прочности кабеля.

Изоляционные слои между центральной токоведущей жилой и токоведущей медной оплеткой и между токоведущей медной оплеткой и двухповивной проволочной броней, при заявляемом соотношении радиусов центральной токоведущей жилы и токоведущей медной оплетки, имеют достаточную для обеспечения электрической прочности толщину.

Условие равенства площадей поперечного сечения токоведущих центральной жилы и токоведущей медной оплетки, а также заявленное соотношение размеров кабеля позволяет обеспечить электрическую прочность кабеля при передаче большей электрической мощности при заданном наружном диаметре кабеля путем достижения оптимальных размеров упомянутых площадей и толщин их изоляционных слоев в ограниченном пространстве кабеля, что допускает его использование в нефтяных и газовых скважинах и расширяет его функциональные возможности за счет использования не только в качестве измерительного (или сигнального), но и в качестве силового.

Заявляемый геофизический коаксиальный кабель представлен на чертеже и содержит следующие элементы:
1 - центральная токоведущая жила;
2 - первый изоляционный слой;
3 - токоведущая медная оплетка;
4 - второй изоляционный слой;
5 - двухповивная проволочная броня.

Центральная токоведущая жила 1 скручена из стренг, состоящих из повивов медных проволок. Следующий за центральной токоведущей жилой 1 первый изоляционный слой 2 выполнен, например, из полиэтилена или полипропилена. Токоведущая оплетка 3, расположенная за первым изоляционным слоем 2, выполнена из мягкой медной проволоки диаметром, например, 0,2 мм. На токоведущую медную оплетку 3 нанесен второй изоляционный слой 4, в качестве которого также использован, например, полиэтилен или полипропилен. За вторым изоляционным слоем 4 расположена двухповивная проволочная броня 5, повивы которой выполнены, например, из стальной проволоки.

Исходя из того, что геофизический коаксиальный кабель рассчитывается для работы, например, при номинальном напряжении до 600 В и переменном токе до 20 А частотой до 20 КГц с плотностью 5 А/мм2 и без нагрева, площади сечения центральной токоведущей жилы и токоведущей медной оплетки должны составлять 4 мм2 и быть равными между собой.

Используемая в центральной токоведущей жиле 1 проволока диаметром 0,26 мм, при которой коэффициент заполнения для данного типа проволоки равен 0,5083, для заданных условий работы кабеля, определяет величину радиуса поперечного сечения центральной токоведущей жилы 1 (R1), равную 1,58 мм, при этом площадь ее составит 3,98 мм2.

Токоведущая оплетка 3 выполнена из мягкой медной проволоки диаметром 0,2 мм. Коэффициент заполнения для данного типа проволоки равен 0,589. Внутренний радиус (R2) токоведущей медной оплетки 3, с учетом необходимой толщины изоляционного слоя 2, которая должна быть не менее 0,9 мм, будет равным 2,5 мм.

Зависимость изменения наружного радиуса R3 токоведущей оплетки 3 от изменения радиуса R1 центральной токоведущей жилы 1 носит нелинейный характер, при расчете значения R3 необходимо вносить поправку, учитывающую цилиндрическую геометрию кабеля.

Фактическое значение наружного радиуса (R3факт) токоведущей оплетки 3 определяется с учетом коэффициентов заполнения и значений радиусов токоведущих центральной жилы 1 и оплетки 3 (R3факт.=2,9 мм). При этом учитываются минимально необходимая толщина изоляционного слоя 4 и значение заданного радиуса двухповивной проволочной брони 5, равного, например, 3,8 мм. R3факт.= f(R1, R2, Кц.т.ж., Коп.),
где Кц.т.ж. - коэффициент заполнения центральной токоведущей жилы, Коп. - коэффициент заполнения токоведущей оплетки.

Значение наружного радиуса токоведущей оплетки 3, с учетом поправки на цилиндрическую геометрию кабеля R3corr=f(R3факт., R1), определяется через коэффициенты корреляции, выведенные авторами, и равно 2,75 мм.

Таким образом, при радиусе центральной токоведущей жилы 1, равном R1= 1,58 мм, значение наружного радиуса токоведущей оплетки может быть выбрано из диапазона 2,75-2,9 мм.

При заданном значении радиуса двухповивной проволочной брони 5, например, 3,8 мм наружный радиус токоведущей медной оплетки 3 (R3) выбирается равным 2,9 мм. Тогда площадь поперечного сечения токоведущей медной оплетки 3 составит 3,99 мм2, т.е. фактически будет равняться площади поперечного сечения центральной токоведущей жилы 1, равной 3,98 мм2.

Заданная величина радиуса центральной токоведущей жилы 1 и подобранные величины внутреннего и наружного радиусов токоведущей медной оплетки 3 соответствуют заявляемому соотношению


При этом соблюдается равенство площадей поперечного сечения токоведущих центральной жилы 1 и оплетки 3, что обеспечивает нормальную работоспособность кабеля. Толщина изоляционного слоя 4 при этом составляет 0,9 мм, что является достаточным для обеспечения электрической прочности кабеля (см. Д. С. Бачелис "Электрические кабели, провода и шнуры", справочник, М., 1971).

Таким образом, при соответствии размеров кабеля заявляемому соотношению соблюдается равенство площадей сечения токоведущих центральной жилы и оплетки, обеспечивается работоспособность кабеля, выдерживается необходимая толщина изоляционных слоев, обеспечивающая электрическую прочность кабеля при заданном наружном диаметре двухповивной брони кабеля.

Заявляемая конструкция геофизического коаксиального кабеля позволит обеспечить передачу высокой электрической мощности, что расширяет функциональные возможности кабеля за счет его использования не только в качестве измерительного (или сигнального), но и в качестве силового.

Похожие патенты RU2200999C2

название год авторы номер документа
ГРУЗОНЕСУЩИЙ ГЕОФИЗИЧЕСКИЙ КАБЕЛЬ С АРМИРОВАННОЙ ПОЛИМЕРНОЙ ОБОЛОЧКОЙ И СПОСОБ ЕГО ПРИМЕНЕНИЯ 2003
  • Робин Андрей Викторович
  • Алексеев Алексей Иванович
RU2269834C2
ГЕОФИЗИЧЕСКИЙ КАБЕЛЬ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ НАКЛОННЫХ И ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ СКВАЖИН 2003
  • Камалутдинов М.К.
  • Шеметов Г.В.
  • Биктимиров Х.М.
  • Камалутдинов И.М.
RU2248594C1
Способ соединения отрезков бронированных каротажных кабелей 1990
  • Таркин Иван Тимофеевич
  • Даниленко Виталий Никифорович
SU1722728A1
ГИБКИЙ ГРУЗОНЕСУЩИЙ КАБЕЛЬ 2001
  • Асланян А.М.
  • Асланян В.М.
  • Степанов А.В.
  • Абульханова А.А.
  • Васильев Г.В.
  • Захаров В.К.
  • Валеев Р.Н.
RU2212721C2
СПОСОБ КОМПЕНСАЦИИ ТЕПЛОВЫХ ПОТЕРЬ В НЕФТЯНОЙ СКВАЖИНЕ 2003
  • Робин Андрей Викторович
  • Алексеев Алексей Иванович
RU2305174C2
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ МНОГОЖИЛЬНЫЙ КАБЕЛЬ 2016
  • Худяков Павел Владимирович
RU2642419C1
КАБЕЛЬ МОНТАЖНЫЙ БРОНИРОВАННЫЙ, ПРЕИМУЩЕСТВЕННО ВЗРЫВОПОЖАРОБЕЗОПАСНЫЙ, В ТОМ ЧИСЛЕ ДЛЯ ИСКРОБЕЗОПАСНЫХ ЦЕПЕЙ 2015
  • Хвостов Дмитрий Вадимович
  • Дмитриев Юрий Дмитриевич
  • Смирнов Юрий Анатольевич
  • Бычков Владимир Васильевич
RU2658308C2
Радиочастотный комбинированный кабель (варианты) 2019
  • Бычков Владимир Васильевич
  • Гусев Андрей Викторович
  • Лобанов Андрей Васильевич
RU2710934C1
ГЕОФИЗИЧЕСКИЙ БРОНИРОВАННЫЙ КАБЕЛЬ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ГАЗОВЫХ, НЕФТЯНЫХ СКВАЖИН И ВОДНЫХ ПРОСТОРОВ С ПОВЫШЕННОЙ УСТОЙЧИВОСТЬЮ К КРУЧЕНИЮ 2004
  • Камалутдинов Масхут Кутдусович
  • Шеметов Геннадий Васильевич
  • Биктимиров Хаким Мидхатович
  • Камалутдинов Ильдар Масхутович
RU2285965C2
СИЛОВОЙ ГЕРМЕТИЗИРОВАННЫЙ КАБЕЛЬ (ВАРИАНТЫ) 2021
  • Ивонин Александр Андреевич
  • Леонов Олег Андреевич
  • Саушкин Алексей Викторович
  • Боев Андрей Михайлович
RU2759825C1

Реферат патента 2003 года ГЕОФИЗИЧЕСКИЙ КОАКСИАЛЬНЫЙ КАБЕЛЬ

Изобретение относится к кабельной технике и может быть использовано для проведения работ и исследований в нефтяных и газовых скважинах. Геофизический коаксиальный кабель содержит изолированные друг от руга центральную токоведущую жилу, выполненную из повивов медной проволоки, токоведущую медную оплетку и двухповивную проволочную броню, центральная токоведущая жила выполнена с площадью поперечного сечения не менее 1,5 мм2 и равной по величине площади поперечного сечения токоведущей оплетки, при этом соотношение размеров кабеля выражается определенной формулой. Конструкция геофизического коаксиального кабеля позволит обеспечить передачу высокой электрической мощности, что расширяет функциональные возможности кабеля за счет его использования не только в качестве измерительного (или сигнального), но и в качестве силового. 1 ил.

Формула изобретения RU 2 200 999 C2

Геофизический коаксиальный кабель, содержащий изолированные друг от друга центральную токоведущую жилу, выполненную из повивов медной проволоки, токоведущую медную оплетку и двухповивную проволочную броню, центральная токоведущая жила выполнена с площадью поперечного сечения не менее 1,5 мм2 и равной по величине площади поперечного сечения токоведущей медной оплетки, при этом соотношение размеров кабеля выражается формулой

где R1 - радиус центральной токоведущей жилы, задаваемый с учетом требуемой величины передаваемой мощности и заданной величины наружного диаметра;
R2 - внутренний радиус токоведущей медной оплетки;
R3 - наружный радиус токоведущей медной оплетки.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2003 года RU2200999C2

Каротажный кабель 1975
  • Месенжник Яков Захарович
  • Блейхман Валерий Сергеевич
SU551707A1
КОАКСИАЛЬНЫЙ КАБЕЛЬ 1989
  • Краснопольская Л.П.
  • Казарова Н.Н.
  • Мальков Б.В.
  • Арсентьева А.А.
RU1595247C
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЖАРОСТОЙКОГО КАБЕЛЯ 1991
  • Осколков Е.А.
  • Суслов В.Е.
  • Грачев М.И.
  • Тифлов В.В.
  • Осколкова Г.В.
  • Шиляева Л.С.
  • Архаров В.А.
RU2032950C1
US 3315025 А, 18.04.1967.

RU 2 200 999 C2

Авторы

Дрягин В.В.

Опошнян В.И.

Алейников В.Н.

Даты

2003-03-20Публикация

2001-04-20Подача