Электрооптические и геофизические кабели производства ООО «НПП СТАРЛИНК»

Наше предприятие начало применять свою технологию бронирования при создании оптических кабелей (ОК) для нефтяной промышленности. Первые кабели использовали наш серийный ОК типа СЛ ОКМБ–02 и СЛ-ОКМБ–03. Конструкции показаны на рис.1 и рис.2. Эти кабели встраивались под броневое покрытие плоского электрического кабеля для питания погружных насосов типа КПвТВП.

В качестве полимерной оболочки в ОК вместо шлангового полиэтилена применялись термостойкие полимерные материалы, при этом использовалось серийное волокно с максимальной рабочей температурой 90°C. Как видно, в этой конструкции электрооптического кабеля оптическое волокно (ОВ) защищено проволочной бронёй, термостойкой полимерной оболочкой иобщей бронёй из стальной оцинкованной ленты.

ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ ПОКАЗАЛ:

1. В процессе изготовления ОК оптическое волокно не имеет прироста затухания и надёжно защищено от внешних механических воздействий, имеющих место как при изготовлении внешнего броневого повива на электрооптический кабель в процессе монтажа муфт, перемотки готового кабеля, его спуска в нефтяную скважину, так и при проведении испытаний с помощью ОК в скважине. Кабель на большом барабане перед проведением испытания.


2. Результаты испытаний такого ЭОК с помощью оптического анализатора рамановского рассеивания показали достоверность полученных измерений распределения температуры по длине оптического кабеля вплоть до температуры 150 °C, которая имела место в нижней части ЭОК. 


3. Оптическое волокно сохраняет работоспособность после годового использования в скважине, прироста затухания не наблюдалось. 


4. Наилучшие практические результаты получены с конструкцией кабеля по рис.2, в которой применена броня из 6 жёстких канатных проволок диаметром 0,9 мм.
   

Таким образом, данная конструкция оптического каебля вполне пригодна для использования при исследования параметров нефтяных скважин. На втором этапе нами изготовлен опытный образец оптического кабеля с броней из двух повивов стальных канатных проволок и полимерной оболочки из аналогичного полимерного материала, который мы использовали в конструкции.

В этом ОК использованы два одномодовых волокна. Первый на рабочую температуру 150 °C, второй — на температуру 90°C. Длина образца 4200 м.

Строительная длина кабеля может поставляться в барабанах №8 и 10. С точки зрения конструкции полученный кабель имеет хорошие плотно упакованные, нераскручивающие повивы стальных проволок, плотно наложенную оболочку из прочного и относительно химически стойкого полимера.

• Диаметр по броне 4.2 мм.
• Наружный диаметр 7.8 м.
• Радиус изгиба 160 мм.
• Вес кабеля 130 кг/км.

Заказчик предполагает герметризацию проводить в муфтах на обоих концах оптического кабеля.
На макетных образцах проведены испытания на растяжение и на воздействие повышенной температуры (150 °C).

ОТМЕЧЕНО, ЧТО:

Километрическое затухание волокон находится науровне 0,19 дБ/км на длине волны 1,55 мкм. Т.е., соответствует уровню затухания ОВ на катушках. При температурных испытаниях отсутствует прирост затухания во всем диапазоне температур от 20 до 150 °C в обоих одномодовых волокнах.

При испытаниях на растяжение оптического кабеля при удлинении до 0,5 % растягивающая нагрузка соответствует 11 кН. При этом приращения затухания не наблюдается. Такой кабель выполнен и передан заказчику в опытную эксплуатацию.

Анализируя эту конструкцию с точки зрения возможности её использования в подвесном варианте (в скважине), можно сказать, что кабель допускает такое использование при длине скважины 4 км и чуть более. При этом оптическое волокно должно сохранять долговременную эксплуатацию (25 лет) с точки зрения допустимого механического растяжения от веса, равного 520 кг и, наверное, температурного воздействия. Вплоть до 150 °C.

В ЗАКЛЮЧЕНИЕ ХОТЕЛИ БЫ ОТМЕТИТЬ:

1. Мы, безусловно, собираемся в дальнейшем проводить модификацию этого кабеля и поэтому с нетерпением ожидаем результаты натурных испытаний представленного кабеля в реальных скважинах.


2. Конкретно, наличие у нашего предприятия технологии изготовления оптического кабеля многослойного броневого покрытия заставляет нас задумываться над решением проблемы продольной герметизации ОК. По-видимому, предстоит прежде всего это сделать в варианте рассмотренной конструкции (т. е. для конструкции с внешней полимерной оболочкой). 


3. По нашему мнению, было бы также правильно для более надёжной герметизации применить в качестве защитной полимерной оболочки более твёрдый и химически стойкий материал, который предлагается на рынке, например Хайтрел. 


4. Мы, также как и другие производители и потребители геофизических кабелей, рассчитываем на конструкцию ОК с центральной стальной трубкой, несколькими волокнами в ней и двумя  бронированными слоями проволок без наружной оболочки. Известно, что для электрических кабелей этот альтернативный вариант геофизического ОК даже более традиционный.
   

В качестве предмета для дискуссии хотели бы обратить внимание на то, что указанный выше второй вариант не так прост, как кажется. Это связано с тем, что при изготовлении оптических кабелей необходимо исключить механические деформации стальной трубки.

С другой стороны, по-видимому, для герметизации необходимо сразу предусмотреть тонкий, но
надёжный слой полимерной оболочки, плотно наложенной на центральную стальную трубку с
оптическими волокнами. Таким образом, в этом кабеле мы будем иметь в центре стальной оптический модуль с полимерной оболочкой с относительно малым наружным диаметром.

При бронировании — нанесение первого слоя из стальных прочных проволок, необходимо добиться минимального растяжения и кручения стального оптического модуля. При этом бронировочный слой должен быть, как и обычно, хорошо преформированным и нераскручивающимся.

Это сделать на практике не так просто. Надо отметить, что в таком кабеле при двойной броне довольно сильно повышается удельный вес.

Расчеты показывают: при трубке 1,5 мм, внешнем диаметре по полимерной оболочки трубки 2,5
мм использование двух бронированных слоёв из проволоки 0,8 мм приведёт к весу кабеля около 200 кг/км. Т.к. вместо 6+12 проволок диаметром 0,8 мм для ОК потребуется 12+19 – 31 проволок этого же диаметра.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Патент РФ № 56007. Оптический кабель Смирнов Ю.В. Малай В.А.
2. Патент РФ №2371794. Способ изготовления волоконно-оптического металлического модуля и устройство для его реализации. Смирнов Ю.В. Малай В.А.
3. Патент РФ 109907 U1 Электрооптический кабель для установок погружных насосов. Смирнов Ю.В. Малай В.А.