Краткие сведения о новых разработках, исследованиях, производстве силовых кабелей к установкам электроприводных центробежных насосов для добычи нефти

КАБЕЛЬ−news / № 5 / май  2009

46

Производство

В настоящее время в Российской Федерации око-

ло 70 % всей добычи нефти осуществляется механи-
зированными способами с применением установок 
электроприводных  центробежных  насосов  для  до-
бычи нефти (УЭЦН). Одним из видов оборудования, 
входящего  в  состав  установки,  является  кабельная 
линия  на  напряжение  3,3  кВ.  Опыт  эксплуатации 
УЭЦН  показывает,  что  кабельную  линию  можно  от-
нести  к  первой  тройке  менее  надежного  оборудо-
вания,  определяющего  срок  службы  установки  на 
скважине.

К  недостаткам  кабельной  линии  в  составе  УЭЦН 

при  монтаже  и  эксплуатации  на  скважине  следует 
отнести:

-  набухание  изоляции  в  среде  нефте-водо-

газосодержащей  жидкости,  изменение  геометриче-
ских размеров изоляции и снижение электрической 
прочности;

-  снижение  электрических  характеристик  изо-

ляции из-за экстремальных условий монтажа и экс-
плуатации  на  скважине  (наличие  раздавливающих 
нагрузок, сдиров и пр.);

-  снижение свойств изоляции вследствие нагрева 

кабеля  при  эксплуатации  в  составе  УЭЦН  выше  до-
пустимых  значений,  предусмотренных  в  НТД  на  ка-
бель  (температура  пластовой  жидкости  на  входе  в 
насосно-компрессорную  трубу  на  несколько  десят-
ков градусов превышает температуру добываемого 

Краткие сведения о новых разработках, 
исследованиях, производстве силовых 
кабелей к установкам электроприводных 
центробежных насосов для добычи нефти

Таблица 1. Характеристики некоторых материалов, используемых при производстве кабелей для УЭЦН

Материал

Техническая

характеристика

Блоксо-

полимер 

пропилена с 

этиленом

Силано-

сшиваемый 

ПЭ

Стирольный 

ТЭП на основе 

полиолефи-

нов

Стирольный 

ТЭП на осно-

ве полиа-

мида

Полиурета-

новый ТЭП

Этилен-

пропиленовая 

резина

Фторо-

пласт

ПЭЭК

Плотность, кг/м

3

900

950

980

1050

1200

1330

2200

1300

Показатель текучести расплава, 

г/10мин (Т, °С; нагрузка, кг)

1,0-4,0

(230;2,16)

1,1

(190; 5)

1,7-3,5

(230; 5)

нет данных

нет данных

—

нет  

данных

нет 

данных

Относительное удлинение 

при разрыве, %, не менее

500

280

495

310

300

300

400

34

Прочность при разрыве,  

МПа, не менее

25,0

25,0

18,4

30,0

50,0

5,0

30,0

100,0

Электрическая прочность,  

кВ/мм, при напряжении  

частоты 50 Гц, не менее

35

46

41

30

49

25

18

190

Удельное объемное сопротив-

ление при 20°С,  

Ом•м, не менее

1,5•10

15

1•10

15

7•10

14

1∙10

11

—

1•10

12

1•10

15

5•10

14

Стойкость к термоокислитель-

ному старению при 150°С,  

ч, не менее

2000

нет данных

1000

нет данных

нет данных

нет данных

нет  

данных

нет 

данных

То же в присутствии меди

1000

нет данных

—

нет данных

—

нет данных

нет  

данных

нет 

данных

Стойкость к растрескиванию, 

ч, не менее

500

нет данных

500

нет данных

нет данных

нет данных

нет  

данных

нет 

данных

КАБЕЛЬ−news / № 5 / май  2009

47

Производство

продукта  в  зоне  забоя;  наличие  солеотложений  на 
поверхности кабеля снижает теплоотвод);

-  повреждение  изоляции  при  прокладке  кабеля 

при  минусовых  температурах  без  предварительно-
го подогрева и превышении допустимых скоростей 
при опускании кабельной линии в скважину;

-  повреждение  кабеля  при  соприкосновении  с 

внутренней поверхностью обсадной колонны;

В  общем  случае  надежность  кабельной  линии 

при  эксплуатации  УЭЦН  зависит  от  применяемых 
материалов  кабельного  производства,  конструк-
тивного  исполнения  кабеля  и  характеристик  до-
бываемого  продукта.  Кроме  того,  к  снижению 
качества  кабельной  линии  могут  привести  завы-
шенные  скорости  наложения  экструдированной 
полимерной изоляции.

Все  конструкции  силовых  специальных  кабелей, 

разрабатываемых  и  производимых  кабельными  за-
водами Российской Федерации, условно можно раз-
делить на два блока:

•  с  полимерной  изоляцией  с  длительно-допусти-

мой  температурой  нагрева  токопроводящих  жил 
от 90 до 180 °С (рис.1); характеристики материалов, 
применяемых в кабелях, приведены в табл. 1;

•  кабели со свинцовой оболочкой (до 230 °С).

Для  первого  слоя  изоляции  кабелей  в  основ-

ном  применяются  материалы:  полиэтилен  высокой 
плотности;  блоксополимер  пропилена  с  этиленом; 
радиационно-модифицированный  полиэтилен;  си-
ланосшиваемый  полиэтилен  высокой  плотности. 
Изделия с изоляцией из полиэтилена (90 °С) в насто-
ящее  время  производятся  как  исключение  и  около 
60 % всего кабеля для УЭЦН приходятся на изделия 
с  двухслойной  изоляцией  из  блоксополимера  про-
пилена с этиленом (120 °С), для которого следует от-
метить следующее:

- хорошие электрические, термомеханические ха-

рактеристики  композиций  блоксополимеров  про-
пилена с этиленом для изоляции кабельных линий; 
электроизоляционные  свойства,  хладостойкость 
такие же как у полиэтилена; плотность 0,900 против 
0,955 г/см

3

; превосходит по нагревостойкости, проч-

ности и стойкости к растрескиванию в агрессивных 
средах;

-  обеспечение  предприятий  кабельной  отрасли 

данными  материалами  в  необходимых  объемах  хи-
мическими компаниями России;

- для изготовления кабеля используются экструзи-

онные линии, применяемые при выпуске изделий с 
изоляцией из термопластичного полиэтилена;

-  после  первого  «рейса»  в  скважину  полимерная 

изоляция  насыщается  низкомолекулярными  угле-

1

2

3

4

5

6

Рис. 1. Общий вид кабеля для УЭЦН.
1 — медная токопроводящая жила; 
2 — покрытие жилы, защищающее 
 

изоляцию от разрушения  

ионами меди; 

3 — 1-й слой изоляции; 
4 — 2-й слой изоляции; 
5 — подушка, защищающая  
 

изоляцию от повреждения при  

наложении брони; 

6 — броня.

КАБЕЛЬ−news / № 5 / май  2009

48

Производство

водородами,  улучшается  эластичность  и  решается 
проблема морозостойкости;

- при отсутствии кислорода полимер выдержива-

ет  нагрев  до  300  °С,  недополимеризуясь  в  течение 
300  ч;  данная  характеристика  подтверждается  при 
эксплуатации кабеля-удлинителя в составе УЭЦН;

- по состоянию на начало 2009 г. данный материал 

применяется в 10-ти цехах и участках на предприя-
тиях Российской Федерации, производящих кабели 
для УЭЦН.

Перед  разработчиками  и  изготовителями  кабе-

лей  для  УЭЦН  стоит  задача  по  обеспечению  нефте-
добывающих компаний кабельными изделиями для 
эксплуатации при температурах 150-230 °С с прием-
лемыми показателями «цена-качество».

Из выполняемых работ по разработке, исследова-

ниям,  производству,  промысловым  испытаниям  по 
высокотемпературным  кабелям  следует  отметить 
применение  сшитого  полиэтилена  высокой  плот-
ности для изоляции и термоэластопластов для обо-
лочки;  применение  полиимидно-фторопластовых 
пленок и экструдируемого тефлона и др.

К одному из недостатков изоляционных материа-

лов  для  первого  слоя  изоляции  кабеля  является 
набухание в среде пластовой жидкости (недостаточ-
ная  маслостойкость)  и  разработчиками  кабельных 
изделий  и  материалов  кабельного  производства  за 
последние  годы  выполнен  ряд  работ  по  подбору 
и  применению  для  второго  слоя  изоляции  более 
теплостойких  (150-180  °С)  и  маслостойких  матери-
алов — стирольные и полиуретановые термоэласто-
пласты (ТЭП), фторопласты и полиэфирэфиркетон.

Для эксплуатации при температурах токопроводя-

щих жил свыше 120 °С российскими производителя-
ми предлагаются следующие кабельные изделия:

130 °С

 — кабель с первым слоем изоляции, выпол-

ненным  из  сшитого  полиэтилена;  второй  слой  изо-
ляции  выполняется  из  блоксополимера  пропилена 
с  этиленом.  Особенность  этой  конструкции  заклю-
чается в том, что сшитый полиэтилен не имеет точки 
плавления,  а  второй  слой  выполняет  роль  демпфе-
ра при разбухании изоляции. Это обеспечивает по-
стоянство  геометрических  размеров  первого  слоя, 
которого достаточно для сохранения электрических 
свойств  изоляции  в  целом.  Данный  кабель  выпу-
скается предприятием ЗАОр «НП «Подольсккабель» 
(Московская обл.) и находится в стадии постановки 
на  производство  на  заводе  ООО  «Камский  кабель» 
(г. Пермь).

150 °С 

— кабель с первым слоем из блоксополи-

мера пропилена с этиленом, стойкого к ионам меди; 
второй  слой  изоляции,  выполненный  из  стироль-

ного  термоэластопласта  на  основе  полиолефинов, 
защищает первый слой от контакта с углеводорода-
ми.

160 °С

 — кабель выполнен с двухслойной изоля-

цией  из  радиационно-сшитого  полиэтилена  высо-
кой  плотности;  изоляция  защищена  оболочкой  из 
полиуретанового  ТЭП,  инертного  к  углеводород-
ным  средам.  Таким  образом,  изоляция  выполняет 
свои функции в широком диапазоне температур, а 
оболочка  полностью  исключает  контакт  полиэти-
лена  со  скважинной  жидкостью.  Производителем 
данного  кабеля  является  предприятие  ОАО  «Рос-
скат»  (Самарская  обл.).  Также  самарскими  спе-
циалистами  разработана  конструкция  кабеля  на  
160 °С с изоляцией из радиационно-сшитого поли-
этилена с  гофрированной оболочкой из меди или 
нержавеющей стали (в качестве замены свинцовой 
оболочки).

180 °С

 — кабель отличается от предыдущего тем, 

что  изоляция  выполнена  из  силанольно-сшитого 
(химически-сшитого)  полиэтилена  высокой  плот-
ности,  а  оболочка  —  из  стирольного  ТЭП  на 
основе полиамида. Важно, что связь между макроце-
пями полимера изоляции через поперечные мостики  
Si-O-Si  более  стабильна  чем  связь,  образующаяся 
при  пероксидном  и  радиационном  сшивании,  по-
скольку  энергия  (прочность)  связи  Si-О  составляет 
780  Дж/моль  по  сравнению  с  энергией  связи  С-С 
630 Дж/моль. Указанное предопределяет более вы-
сокие  термостойкие  свойства  силанольно-сшитой 
полиэтиленовой  изоляции.  [4]  Кабель  разработан 
специалистами ООО «Камский кабель» и готовится к 
подконтрольной эксплуатации на скважинах Запад-
ной сибири.

В отношение кабелей со свинцовыми оболочками 

разработки заводов нашей страны выполнены с при-
менением для изоляции пленок типа ПМФ 351 (352), 
экструдированного фторопласта либо электроизоля-
ционных резин на основе этилен-пропиленовых кау-
чуков.  Качество  таковых  кабелей  для  эксплуатации 
при  температуре  200,  230  °С  можно  считать  вполне 
приемлемым.  При  этом  оболочка  должна  быть  вы-
полнена из свинцового сплава, содержащего сурьму 
и теллур, что обеспечивает лучшую вибростойкость 
оболочки  и  мелкозернистую  структуру.  Для  изоля-
ции разумно применение отечественных импортоза-
мещающих резин. [2]

В  2008  г.  предприятием  ООО  «Пермгеокабель» 

(Пермский  край)  начаты  работы  по  разработке  и 
постановке  на  производство  кабелей  и  проводов 
для  УЭЦН  с  изоляцией  из  ароматических  поли- 
эфиркетонов (ПЭК) и полиэфирэфиркетонов (ПЭЭК). 

КАБЕЛЬ−news / № 5 / май  2009

49

Производство

Данные  материалы  [3]  обладают  высокими  физико-
механическими  и  электрическими  характеристи-
ками  вследствие  наличия  в  их  основных  цепях 
фениленовых групп, обеспечивающих высокую сте-
пень кристалличности этих полимеров. С учетом вы-
соких электрических и механических характеристик 
ПЭЭК  ожидается  снижение  размеров  кабеля  для 
питания ПЭД УЭЦН при допустимой температуре на-
грева жилы кабеля до 260 °С (500 °F).

Опыт  работ  с  нефтегазодобывающими  компания-

ми  в  течение  нескольких  десятилетий  по  созданию 
кабельных изделий для техники и технологии добы-
чи нефти позволяет сделать заключение о том, что: 
работы  по  кабелям  с  полимерной  изоляцией  (150-
180 °С) находятся на этапе опытно-конструкторских 
работ;  имеются  резервы  в  улучшении  показателя 
«цена-качество» по кабелям в свинцовой оболочке; 
требуются силовые кабели с лучшими электрически-
ми и механическими параметрами и меньшими раз-
мерами для питания ПЭД.

Выводы и предложения

1. Целесообразно  выполнить  работы  по  испы-

танию  материалов  для  изоляции  кабелей  в  части 
определения термомеханических характеристик по 
методикам, представленных в публикациях [1, 2];

2. Следует определить области применения сило-

вых  кабелей  уменьшенных  размеров  с  допустимой 
температурой  260  °С  (установки  третьего,  четвер-
того габарита; перевод разведочных скважин в экс-
плуатационные и пр.).

Литература

1. Макиенко Г.П. Кабели и провода, применяемые в нефте-

газовой индустрии. Пермь: Агентство «Стиль-МГ» 2004, 560 с.

2. Агеев  Ш.Р.,  Григорян  Е.Е.,  Макиенко  Г.П.  Российские 

установки  лопастных  насосов  для  добычи  нефти  и  их 
применение.  Энциклопедический  справочник.  Пермь:  
ООО «Пресс-Мастер», 2007, 648 с.

3. Шаов  А.Х.,  Хараев  А.М.,  Кардинов  А.З.,  Хазбулатова  З.С. 

Ароматические  полиэфиркетоны  и  полиэфирэфиркетоны 
(обзор). «Пластические массы», журнал, выпуск №11 / 1990.

4. Аблеев  Р.И.,  Гимаев  Р.Н.  Применение  полимерных  ма-

териалов  в  кабельной  промышленности.  «Полиуретановые 
технологии», журнал, выпуск №4 (17) / 2008.

В.Г. Савченко, технический директор  

ООО «Камский кабель»  

А.А. Азанов, начальник бюро нефтекабелей  

ООО «Камский кабель» 

Г.П. Макиенко к.т.н., генеральный директор  

ООО «НПФ «Новокабель-Пермь»