油氣勘探用承荷探測電纜的應用和生產

喬文瑋 楊恒勇 武阿林 周春和 夏迪星

摘 要：本篇文章主要是介紹了中國油氣勘探用承荷探測電纜生產和應用的發展歷史。描述了該方法的材料、結構以及特征。最后指出，該產品對西部石油的開發具有很高的經濟效益。

關鍵詞：承荷探測電纜;油井探測;特點;要求;結構

0 前言

中國油氣勘探用承荷探測電纜在快速的發展，對鍍鋅鋼絲的強度、表面質量、鋅層重量以及長度提出了更高的要求。在引進幾種主要的電纜生產設備后，大部分電纜鍍鋅鋼絲都是進口的。為了節省外匯，滿足石油工業發展的需要，我公司引進了高強度，厚鍍鋅鋼絲生產線。通過試生產和用戶使用，證明該生產線生產的鍍鋅鋼絲可以完全取代進口，滿足油田開發的需要。

1 國產承荷探測電纜的生產和應用發展史

1.1 20世紀50年代和60年代的蘇模仿

承荷探測電纜的開發類似于其他特種電纜的開發，在20世紀50年代，石油工業在新疆和甘肅只能進行小油田的勘探和開采，那時，用于勘探的電纜是按照蘇聯標準用橡膠制成的。承荷探測電纜鎧裝用高強度細鋼絲生產工藝比較難解決，電纜外徑大，導致各公司難以生產大長度電纜，同時因為橡膠絕緣的技術比較復雜，機械強度低，纜芯無中繼技術無法突破，再加上編織蠟涂層結構復雜，產品合格率過低，影響了產品質量的提高和擴大，此技術欠缺的現狀一直持續到20世紀70年代初。

1.2 二十世紀七十年代的重建

在20世紀70年代早期，中國的油井鉆探越來越深，國內現有的3500m的電纜已經不能滿足油田開發的需要。因此，在20世紀70年代早期，燕山襄陽化工廠和遼河油田開發出聚丙烯（PP）絕緣料，為遼河油田開發出長度為4200m的聚丙烯絕緣承荷探測電纜提供了可能。該電纜具有良好的測試性能，可以滿足“時代”的需求。為滿足油氣勘探需求，遼河油田又將電纜從6芯更換為7芯，取消編織墊蠟克，更換緩沖擠出腈聚氯乙烯復合物，簡化工藝和結構，提高電纜性能，提高產品合格率。20世紀70年代見證了中國石油的最快發展。大規模的鉆探和勘探使一個貧窮的國家變成了一個“石油富國”。

1.3 20世紀70年代后期的發展

1976年，沈陽電纜廠和上海電纜廠受機械部委托生產8000m超深井承荷探測電纜，該電纜采用的耐高溫絕緣料為，硅橡膠和F46。F46全屏蔽絕緣電纜由兩家電纜廠試制成功，并于1977年3月在四川省紹興縣官濟井進行了測試;參與實驗的還有一根從美國采購的8000m電纜。兩廠測試電纜的結構和性能與其美國產品基本相同，電纜的綜合性能基本滿足超深井測試的要求，實現了國內承荷探測電纜的跨越式發展。雖然沈陽電纜廠和上海電纜廠已經能夠生產承荷探測電纜，但超深井電纜、小直徑承荷探測電纜等產品，尚不能批量供應，性能與國外電纜還有一定的差距。

經過60年的發展，到20世紀90年代，國內承荷探測電纜制造已接近國外同期水平，主要的生產廠家包括江蘇華能電纜、山東萬達電纜等公司。其中江蘇華能電纜占中石油、中海油、中石化該類電纜采購量的43%以上，承荷探測電纜已基本國產化。

值得一提的是，目前國內的鋼材、氟塑料等與國外還存在一定差距，使得國產承荷探測電纜在機械強度與國外相同的條件下，其鎧裝層均勻性、耐磨性相對稍差，這也是未來一段時間追趕的主要方向。

2 油氣勘探用承荷探測電纜的使用特點及要求

油氣勘探與生產信息系統是一套以油氣勘探與生產信息化管理與開發為一體的平臺，主要用于油氣勘探與生產信息管理系統，速度快、靈活方便。功能開發和應用的建立使油田企業之間的信息相互獨立，管理高度統一，為油氣勘探和生產信息管理的應用提供了完整的綜合解決方案，可以有效地防止島嶼效應企業內部信息。電纜到達現場后，由現場專業的測井團隊進行管理和使用，并像“眼睛”一樣受到保護和使用。在電纜測井中，井的測試時間很短，約為24h。因為操作條件和條件較差，單根電纜只能測試約300口井。因此，電纜在油田是消耗品，更換周期短、更換頻繁以及應用范圍廣。電纜分為淺井、深井和超深井。預張緊的裝置是用來消除雙線的預應力，但仍存在一些殘余應力。因此，要做的第一件事就是將電纜拉出井場并打破它們。然后將電纜連接到纜車。例如，寶鋼絞盤配備了5500m的電纜卷筒，每層約48圈。在電纜下降后，它處于很大的張力下，加上地層本身的壓力、溫度的升高、油氣的侵蝕，特別是硫化氫的腐蝕，電纜與導輪之間的摩擦，以及軸壁上方和下方的摩擦力，這會迅速損壞電纜，甚至會導致它沒辦法使用。

井中介質：基于這些因素，電纜經常會產生絕緣電阻下降，甚至單個絕緣芯絕緣損壞或斷線（特別是爆破后的振動）;經過反復使用，外徑會收縮，長度會增加，技術的參數會發生變化，更嚴重的這些都是因為外圈鋼絲斷裂引起的，其次是鋼絲磨損嚴重，硫化氫腐蝕，這些損壞會導致電纜浪費，造成大量的浪費。測試完成后，將電纜回收到電纜外殼中，用高壓水清洗電纜外表面，清除表面的泥漿和碎屑。然而，即便是用水，也會很難消除H2S井中的電線腐蝕。當電纜絕緣電阻下降時，通常發生在井的一端，電纜被切斷一段長度（通常為50～100m），電纜仍然可用。可以修復單個磁芯的損壞，或者可以重新連接和重復使用整個電纜。專門從事承荷探測電纜維護的外國專家配備了專用飛機，可隨時維護和連接油田電纜。即便如此，承荷探測電纜的使用壽命也不會超過120口井次。

石油和天然氣中最令人擔憂的添加劑是硫化氫（H2S），對鋼絲的腐蝕太嚴重。一般來說，高強度鋼絲對H2S沒有抵抗力，這是未來需要改進的主要方向。承荷探測電纜與油泵電纜不同。用于采油的油泵電纜，泵深度相對較淺。但是，承荷探測電纜通常用于鉆井，電纜的長度取決于井的深度;同時它也用于油井勘探的早期階段，因此井溫、井壓以及新介質對電纜有很大的影響，在電纜的設計和制造中應特別考慮，特別是在超深井中。

3 承荷探測電纜的制造工藝的特點

油田屬于高危行業的易燃、有毒、易爆以及腐蝕性等的特點，突發性和巨大破壞性化學事故的危險化學品生產過程中的固有特征，給公司的生產帶來高風險和不確定性，因此，實施嚴格的生產監控，防范事故，使生產過程能夠安全、順利以及有效地成為企業的目標。安德里茨技術的NEPTUN計算機監控系統廣泛應用于全球能源領域，特別是石油化工領域。為能源部門開發的SCADA系統受到用戶的歡迎。根據石油企業生產過程中實時設備監控的要求，開發了基于NEPTUN系統SCADA服務器的油田生產計算機監控報警系統。因為承荷探測電纜是固定長度生產，整條電纜在一個環節上沒有配備或報廢，損失很大，因此生產過程必須嚴格按照技術要求進行。

3.1 導電線芯

需要標準鍍錫（美國PP絕緣芯材料不鍍錫），優選電鍍。銅絞線表面無污垢和雜物，纏繞的電線應用紙包裹。

3.2 絕緣

一般使用45高溫擠出機，絕緣料必須清潔。絕緣損壞有兩個主要原因，即絕緣材料中的雜質或臟的導電芯，建議使用電壓容差和絕緣電阻測量值以確保質量。絕緣損壞可以修復，絕緣修復采用與絕緣相同的材料，包裹缺陷。聚丙烯PP絕緣，適用于長達5500m的電纜;7000～8000m電纜使用F46或F30擠出半導體層，氟塑料環境污染嚴重（應集中生產），由鉻、鉬和鋁制成的機頭，套管和螺桿在絕緣時會腐蝕并迅速破裂。因此，應使用特殊設備擠出氟塑料，或者使用新的鋼號。

3.3 線芯成纜

因此，電纜應填充半導電塑料或橡膠。絕緣和半導體層通常用于超深井。外層（例如導電塑料）和填充有導電塑料的電纜芯之間的間隙應該說是最密集的。用導電層和導電尼龍帶包裹后，與外鎧裝鋼絲接觸，形成相同的電位，減少了芯之間的電容耦合，保證了測試的準確性。因此，電纜密度越高，絕緣穩定性越重要。因為生產定長電纜，5500m長電纜和其他電纜敷設需要2～3級。在生產過程中，除布線時均勻張力外，應始終在線檢測斷線和絕緣的電阻。

3.4 電纜的鎧裝

電纜的雙鎧裝必須在一個過程中完成，設備可以變化。在一些工廠中，關鍵技術是使兩層節距比匹配良好并消除內應力。為了減少電纜的預應力，使用了諸如預制頭和矯直輪之類的關鍵設備：①從牽引環到卷軸的電纜芯的外徑均勻且筆直;②切斷1m長的電纜，兩端無任何處理，使其水平落在1m的高度。電線不得解開;③在這部分樣品中，鋼絲應從鎧裝層中拉出或甚至完全取下，然后以原始間隔恢復到原始狀態。這些部件是多年的生產經驗，你可以看到盔甲有多好。外鎧裝鋼絲不允許焊接。如果需要連接，焊點附近的兩根導線應焊接在一起。鎧裝完成后，應通過預拉伸器進一步減少鎧裝層的應力。

4 承荷探測電纜用的材料

4.1 承荷探測電纜的絕緣材料

在國內，主要使用聚丙烯和氟塑料兩種材料。記錄電纜不僅用于短期使用，它們是消耗品并且使用壽命長（約120個口井次），因此它們可用于溫度測量。除了模態強度等主要電性能的物理性能外，各種塑料的機械強度均為橡膠的2～4倍。因此，5500m承荷探測電纜采用國產PP或改性PP，F46熔體指數為2.1～5.6（濟南材料為1～8），熔體指數過大，絕緣擠壓容易開裂，應引起重視。

4.2 鎧裝用鋼絲

國產承荷探測電纜鎧裝內鋼絲直徑1.0mm;超深井外層1.2mm（國外為1.25mm）采用抗拉強度為2000MPa的鋼絲。美國超深井鋼絲繩品牌為C1085，分為C0.85～0.93;0.35Si0.2;1.0Mn0.7;S<0.05;（P<0.004）。抗拉強度為2000MPa。鞍山鋼絲繩廠牌號為95MnN6A抗拉度>2000MPa，分為C0.92～1.0～0.4Si0.2;0.9Mn0.6;0.10Nb0.05;S<0.04;（P<0.003）。據報道，美國超深井使用的超高強度鋼絲為MP35，抗拉強度可達4200MPa。目前使用的鋼絲沒有一種是耐硫化氫的，因此有必要研究耐硫化氫腐蝕涂層，并將其應用于鎧裝層，以提高電纜的質量。

5 結語

除上述材料外，還有導體絕緣半導體層，電纜芯半導體襯墊芯和半導電尼龍帶等的材料，應根據技術要求進行改進。與承荷探測電纜一起使用的另一根電極電纜是勝利者的10芯產品。電極電纜可用于制造超短承荷探測電纜，以降低制造成本。我國西部油田在快速的發展，對承荷探測電纜的需求將不斷增加，承荷探測電纜的生產和發展具有一定的價值。

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