淺析潛油電纜大小扁連接的優(yōu)化設(shè)計(jì)和改進(jìn)

張燁，王朝陽，張哲，陸有升

（渤海石油裝備（天津）中成機(jī)械制造有限公司，天津 300280）

潛油電纜大小扁作為潛油電纜和潛油電泵的連接處，位于潛油電纜的最下端，遠(yuǎn)遠(yuǎn)深入油井液面之下，長期工作在井下高溫、高壓、高腐蝕的油井環(huán)境中，所以對連接處的耐高溫、耐井液和油氣侵蝕性、密封性能要求較高，也是引起故障的一個(gè)易發(fā)點(diǎn)和薄弱點(diǎn)。如何對潛油電纜大小扁連接進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)和改進(jìn)，在整個(gè)潛油電纜和潛油電泵系統(tǒng)的應(yīng)用中具有很大的重要性和必要性。

1 潛油電纜和潛油電纜大小扁連接概述

潛油電纜為潛油電泵機(jī)組配套使用的動(dòng)力電纜，鋪設(shè)于油井中，為潛油電泵機(jī)組提供動(dòng)力電源。作用上分動(dòng)力電纜和電機(jī)引接電纜，外形上分圓形電纜和扁形電纜。

潛油電纜和普通動(dòng)力電纜相比具有以下特點(diǎn)：

（1）使用環(huán)境耐高溫、高壓、油、氣和水，有適應(yīng)井下工作狀況的特性。

（2）在高溫、高壓和氣液侵蝕等惡劣環(huán)境保持良好電氣絕緣性能、物理機(jī)械性能等。

（3）制造工藝要求高。它用于井下高溫、高壓和高腐蝕特殊環(huán)境中，以及下井安裝并穿越井口封隔器時(shí)要求密封。因此，電纜的各項(xiàng)性能指標(biāo)要求及每道制造工序的外徑控制要求很高。

（4）外形結(jié)構(gòu)尺寸適應(yīng)井下作業(yè)環(huán)形空間的要求。從作用上來看，動(dòng)力電纜上端與地面控制柜相連接，下端與引接電纜連接，引接電纜則與潛油電機(jī)連接，為井下潛油電機(jī)輸送電能，潛油動(dòng)力電纜與引接電纜的連接，稱為“潛油電纜大小扁連接”。

圖1 潛油電纜大小扁連接位置示意圖

2 潛油電纜大小扁連接的難點(diǎn)和必要性

（1）大小扁連接處導(dǎo)體截面突變，電流導(dǎo)通性相對較差，連接處自身就是發(fā)熱點(diǎn)，質(zhì)量問題多出現(xiàn)在大小扁連接處擊穿。

（2）大小扁連接處位于電纜的最下端，處于油井液面之下，連接處的耐高溫、耐井液和油氣侵蝕性、密封性要求較高。

（3）大小扁連接屬于手工操作，操作過程的規(guī)范程度和精細(xì)程度、操作工具的使用和包敷材料的選用都會(huì)直接影響大小扁接頭的質(zhì)量。

圖2 改進(jìn)前的大小扁連接工藝

圖3 潛油電纜大小扁連接處的故障擊穿問題

（4）對350盤潛油電纜進(jìn)行應(yīng)用情況調(diào)查，發(fā)現(xiàn)大小扁故障為6盤，故障率為1.7%。

（5）大小扁連接處的耐井液和油氣侵蝕性、密封性有待提高，下井后連接處密封性不夠，隨著井液和油氣的滲入和侵蝕，容易造成連接處的擊穿。

（6）大小扁連接屬于手工操作，改進(jìn)前的操作規(guī)范不夠數(shù)據(jù)化、標(biāo)準(zhǔn)化，精細(xì)程度。對銅管的壓接程度、清潔程度、工具等沒有明確和嚴(yán)格的規(guī)定。

綜上所述，潛油電纜大小扁聯(lián)接操作的改進(jìn)和提升是電纜產(chǎn)品亟需解決的問題。

3 原因分析

結(jié)合現(xiàn)場情況和實(shí)際我們對人員、設(shè)備、材料、工藝等原因的一系列情況調(diào)查摸底和分析。

（1）通過對員工技能水平的調(diào)查發(fā)現(xiàn)。負(fù)責(zé)大小扁聯(lián)接操作的班組全體員工進(jìn)行《潛油泵電纜連接規(guī)范》《潛油泵選井、完井作業(yè)規(guī)范》等相關(guān)培訓(xùn)覆蓋率100%，通過培訓(xùn)，考試成績合格率100%，員工技能水平穩(wěn)定。

（2）通過在大小扁連接現(xiàn)場檢查操作人員技術(shù)規(guī)程掌握情況和考察操作過程，發(fā)現(xiàn)操作人員熟知技術(shù)要求，操控較細(xì)心，未出現(xiàn)人員缺乏責(zé)任心、未按工藝操作的現(xiàn)象。

（3）通過在大小扁聯(lián)接現(xiàn)場檢查工具齊全、完好，設(shè)備按期保養(yǎng)、完好，運(yùn)行穩(wěn)定。

（4）通過大小扁聯(lián)接故障擊穿處的拆解分析，發(fā)現(xiàn)絕緣帶和護(hù)套帶出現(xiàn)老化脫落現(xiàn)象，耐侵蝕和密封性能不穩(wěn)定。

（5）通過大小扁聯(lián)接現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)，工業(yè)酒精清洗潔凈度不夠、殘留一些雜質(zhì)。

（6）通過大小扁聯(lián)接操作規(guī)范的分析和逐項(xiàng)寫實(shí)，發(fā)現(xiàn)電纜截取、銅管壓接等操作步驟缺乏相應(yīng)的數(shù)據(jù)化規(guī)定。

通過對人員、設(shè)備、材料、工藝等原因的一系列分析，我們確定了主要原因?yàn)椋簼撚碗娎|大小扁連接處的絕緣、護(hù)套等包覆材料的耐井液和油氣侵蝕性、密封性等性能相對一些惡劣的井況不夠穩(wěn)定；大小扁連接操作規(guī)范不夠數(shù)據(jù)化、標(biāo)準(zhǔn)化，要求的精細(xì)程度不夠，在電纜截取、銅管壓接等工藝操作手工隨意性比較大，缺少數(shù)據(jù)化的規(guī)定；大小扁連接操作的清潔度不夠，單一的采取工業(yè)酒精清理的方法，潔凈程度不夠。

4 優(yōu)化設(shè)計(jì)改進(jìn)

針對這些原因，我們通過分析討論，結(jié)合實(shí)際，實(shí)施了一系列的對策。

（1）通過不同包覆材料的對標(biāo)分析，引進(jìn)了性能更好的UT系列聚全氟乙丙烯絕緣壓敏粘帶和聚四氟乙丙烯護(hù)套壓敏粘帶。

（2）為了進(jìn)一步提高大小扁連接處的耐高溫、耐侵蝕和密封性能，引入了聚全氟乙丙烯熱縮管和氟橡膠熱縮管。對絕緣層和護(hù)套層進(jìn)行兩層熱縮管的包覆，提高大小扁連接處的耐高溫、耐侵蝕和密封性能。

表1 設(shè)計(jì)和改進(jìn)措施表

表2 UT系列絕緣和護(hù)套壓敏粘帶性能指標(biāo)

表3 熱塑管的部分性能指標(biāo)

圖4 熱縮管包覆示意圖

（3）改進(jìn)前的工藝對電纜截取數(shù)量沒有明確規(guī)定，改進(jìn)后對電纜的截取進(jìn)行了數(shù)據(jù)化的規(guī)定：3根導(dǎo)線端部至少相差150mm，逐個(gè)錯(cuò)開，截掉；除去125mm的護(hù)套層；利用刀具除去絕緣層，按25mm長度環(huán)繞切割絕緣，如圖5所示。

圖5 工藝示意圖

（4）通過使用金屬拉力試驗(yàn)機(jī)對壓接出不同外徑的銅桿進(jìn)行40批次的拉力性能測試，規(guī)定壓接后銅管接頭外徑在φ9.0~9.2mm之間，可承受拉力為2.99~3.2KN，與銅桿本身可承受拉力3.0KN基本吻合，能保證銅管接頭內(nèi)壁充分接觸到銅桿。

表4 壓接銅接頭拉力性能測試數(shù)據(jù)結(jié)果匯總

（5）電纜的清潔。改進(jìn)前電纜的清潔為工業(yè)酒精擦拭清洗，改進(jìn)后引入了酒精清潔擦拭紙巾、精密電子儀器清洗劑進(jìn)行清洗，提高大小扁聯(lián)接操作的潔凈度。

圖6 電纜清潔示意圖

5 改進(jìn)后現(xiàn)場應(yīng)用效果

優(yōu)化設(shè)計(jì)和改進(jìn)措施完畢后，對應(yīng)用效果進(jìn)行了跟蹤。改進(jìn)后生產(chǎn)的426盤電纜未出現(xiàn)潛油電纜大小扁連接故障問題，最長運(yùn)轉(zhuǎn)壽命已經(jīng)達(dá)到了545天，實(shí)施效果理想。

6 結(jié)語

綜上所述，對潛油電纜大小扁連接處故障的問題進(jìn)行了原因分析，進(jìn)行了潛油電纜大小扁連接的優(yōu)化設(shè)計(jì)和改進(jìn)，通過大小扁連接規(guī)范數(shù)據(jù)化、標(biāo)準(zhǔn)化的完善，絕緣、護(hù)套等包敷材料及工具的重新選用，提高了潛油電纜大小扁電纜連接質(zhì)量，提高了電泵機(jī)組和電纜整體運(yùn)轉(zhuǎn)周期，收到了良好的效果。