Техническое обслуживание и эксплуатация кабеля

В этом разделе коротко рассмотрены основные вопросы, связанные с вводом кабеля в эксплуатацию, его техническим обслуживанием во время эксплуатации, методы диагностики состояния кабеля и некоторые причины вызывающие повреждения кабеля. Геофизический кабель, как один из составляющих элементов проведения исследований и работ в скважинах, для долговременной безаварийной работы требует должного ввода в эксплуатацию, соблюдения правил эксплуатации, своевременного проведения регламентных работ и диагностики. Основные методы работ с кабелем описаны в соответствующих ТУ, ГОСТах, правилах и инструкциях для проведения геофизических работ в скважинах. Задача же этого раздела - отметить наиболее, с нашей точки зрения, частые и значимые ситуации, приводящие к дефекту кабеля и методы диагностики.

Запуск кабеля в эксплуатацию

Перед запуском кабеля в эксплуатацию производится его намотка на геофизический подъемник и нанесение магнитных меток на разметочной машине. Важно, чтобы намотка кабеля на лебедку геофизического подъемника происходила с натяжением. Причем натяжение кабеля должно уменьшаться по мере наполнения барабана лебедки и примерно соответствовать суммарному весу скважинного прибора и участка кабеля смотанного с барабана. Достигаемое этим предварительное натяжение позволяет компенсировать вес кабеля в скважине, по возможности, исключая его осевые кручения, вследствии вращающих моментов каждого из повивов брони. Кроме того, рыхлая, без натяжения намотка кабеля на лебедку подъемника в последующем может вызвать прорезание верхних витков кабеля внутрь барабана и вызывать пластическую деформацию проволок брони при «выдергивании» кабеля. В целом следует отметить, что при перемотке геофизический кабель должен испытывать постоянно действующую растягивающую нагрузку, т.е. натяжение в 20-30% от разрывного усилия является нормальным состоянием для кабеля. Поэтому широко используемый геофизическими предприятиями способ смотки кабеля с транспортного барабана через автомобильные покрышки является недопустимым с точки зрения бережного отношения к кабелю.

На «Псковгеокабеле» для создания нужного натяжения при намотке кабеля на лебедку подъемника используется достаточно простое устройство, состоящее из двух или четырех роликов блок-баланса.

Механические дефекты брони в процессе эксплуатации

Основными дефектами проволочной брони геофизического бронированного кабеля являются обрыв одной или нескольких проволок в повиве (так называемые "треньки") и прослабление внешнего повива ("фонари"). Обрыв проволоки в повиве, как правило, связан с дефектами самой проволоки, или производимой сваркой проволоки в процессе изготовления. Дефекты проволоки возникают на стадиях переработки стальной отливки в проволоку и связаны в основном с попаданием частиц шлака или иных посторонних включений в металл с последующей их прокаткой и волочением до готового изделия. Примерно треть подобных дефектов проявляются при намотке проволоки на технологическую тару, еще одна треть проявляется при преформации проволоки перед укладкой в повив и соответственно на этом месте производится сварка проволоки, оставшаяся треть дефектов остается в готовом изделии. Полностью исключить дефекты проволоки на сталепроволочном производстве в принципе возможно, но это влечет существенное удорожание проволоки, что почти всегда неприемлемо потребителем. Сварка проволоки, хотя и производится с последующей преформацией, также является потенциально возможным местом появления «треньки», т.к. технология сварки предусматривает отпуск свариваемых концов проволоки и, следовательно, появляется участок, на котором проволока практически не имеет упругих свойств. Существующие стандарты предусматривают возможность проведения не более 2-х сварок на 1 км кабеля. Внутренний регламент ООО «Псковгеокабель» допускает проведение также не более 2-х сварок, но на строительной длине.К сожалению, полностью избежать сварок проволоки в процессе изготовления, не удается, но вместе с тем необходимо отметить, что качество отечественной проволоки, особенно производства Череповецкого сталепрокатного завода, приближается к мировым стандартам.

Другим наиболее распространенным дефектом проволочной брони является образование «фонарей». Одной из причин этого может служить неправильный ввод кабеля в эксплуатацию, как уже отмечалось в предыдущем разделе. Однако в общем случае, образование «фонаря» может произойти в любой момент при нарушении правил эксплуатации кабеля. Далее приводится выдержка из документа, посвященного техническому регламенту работы с кабелем, компании Shlumberger и объясняющего причину образования ослабленной брони:

«Вращающий момент, производимый каждым из повивов, который является функцией количества проволок, их диаметра, удаленности от центра кабеля (момент брони). Вследствие геометрии кабеля внутренний повив имеет меньше проволок (при сохранении их диаметра) или меньший диаметр проволок (при сохранении их количества), чем внешний и занимает меньший объем. Также вследствие геометрии, он обладает меньшим моментом брони. В результате внешний повив имеет больший вращающий момент, чем внутренний. Можно сказать, что внешняя броня «контролирует ситуацию» - раскручивается, удлиняется, принимает меньшую нагрузку или производит меньший вращающий момент. Это приводит к ситуации, когда мы имеем кабель с ослабленной внешней броней поверх плотной внутренней.

Вышесказанное специалистами ведущей зарубежной компании наглядно подтверждается следующим экспериментом: на разрывной машине с длиной базы 6 метров закреплялся отрезок кабеля, причем один из концов крепился жестко, а другой через шарнир, после медленного приложения растягивающей нагрузки в 75% от разрывной производилась фиксация шарнира и резко сбрасывалось натяжение. Однако, если ослабленная внешняя броня не подвергалась механическому воздействию, приводящему к пластической деформации проволок повива, то восстановление работоспособности кабеля производится следующими операциями: на разрывной машине опять создается растягивающее усилие, отключается фиксация шарнира и медленно сбрасывается натяжение кабеля. Плотность внешнего повива полностью восстанавливается.

Следует отметить, что представленные в этом разделе материалы, не преследуют цель снизить ответственность завода-изготовителя за качество своей продукции, а послужат лишь более полному взаимопониманию с предприятиями, эксплуатирующими нашу продукцию.

Химическая коррозия проволок брони кабеля

Кроме механических проблем брони кабеля, ее естественного механического износа необходимо отметить еще одну существенную причину снижения срока службы кабеля - коррозия проволок брони. Более всего это относится к ситуациям, когда кабель находился в высокоррозионной среде, например в тяжелых соляных растворах. В этом случае, цинковое покрытие проволок брони, выполняющее роль так называемой катодной защиты, способно замедлить процесс коррозии только на новых кабелях. После же растворения цинкового покрытия все химические воздействия скважинной жидкости принимает на себя высокоуглеродистая сталь проволок брони. Причем процесс коррозии продолжается, а в большинстве случаев усиливается, после подъема кабеля и намотки на барабан лебедки, т.к. частицы скважинной жидкости остаются между проволоками брони. Особенно сильно процесс такой «складской» коррозии наблюдается на внутреннем повиве брони. Пока единственным способом сохранения целостности брони кабеля является обычная промывка и обработка антикоррозионными составами на специальном оборудовании. Подобные установки используются на «Псковгеокабеле» для антикоррозионной обработки брони в процессе изготовления кабеля.

В этом же разделе необходимо отметить достаточно частые случаи работ в скважинах после их кислотной обработки. На сегодняшний день нет каких-либо документов, регламентирующих допустимый состав скважинной жидкости для работы кабеля. Однако, основываясь на опыте нашей работы, случаи спуска кабеля в раствор кислоты происходят достаточно часто и связаны с некачественной промывкой скважин после кислотной обработки. На основе химических анализов образцов проволоки, подвергшейся воздействию кислоты, можно сделать следующий вывод: воздействие кислоты, кроме химической реакции растворения железа и уменьшения сечения проволок, приводит к более губительным для кабеля последствиям, а именно под давлением скважинной жидкости в структуре стали происходит замещение атомов углерода атомами серы или хлора, что приводит к потере пластичности проволоки. Этот процесс многократно ускоряется, если по броне кабеля протекает электрический ток и создается локальная разность потенциалов между броней кабеля и обсадной колонной, вызывающая электролитический ток. Поэтому, необходимо с осторожностью производить работы в скважинах после их кислотной обработки. Если все-таки есть подозрения, что кабель имел контакт с кислотой рекомендуется провести проверку пластичности проволок брони. Процедура проверки производится достаточно просто - путем намотки нескольких проволок внешнего и внутреннего повива на собственный диаметр. Если происходит ломка хотя бы одной проволоки - участок кабеля непригоден для эксплуатации.

Для справки: в исходном состоянии проволока выдерживает следующие испытания: не менее 20 изгибов вокруг собственного диаметра на угол ±90 градусов, не менее 35 осевых кручений на длине 20 см.

Состояние токопроводящих жил кабеля

Проверка электрического состояния кабеля сводится к двум простым операциям - проверке целостности токопроводящих жил кабеля и их сопротивления изоляции. Нахождение места обрыва жилы производится путем измерения емкостей между поврежденной жилой и броней кабеля с двух сторон кабеля и вычисления места повреждения. Вычисление места утечки (снижения сопротивления изоляции) производится несколько сложнее, особенно, если характер повреждения не носит явного короткого замыкания жилы на броню или другую жилу. В этом случае используется измерительный мост, в два смежных плеча которого подключаются концы поврежденной жилы. Добившись баланса моста, по соотношению сопротивлений двух других плеч аналогично вычисляется место утечки. Для контроля состояния жил кабеляпредприятием «Электросвязь», г. Тверь выпускается специализированный прибор «ИРК ПРО ГЕО», позволяющий измерять сопротивление жил кабеля, их емкость, место обрыва жилы и место снижения изоляции до 5 МОм в цифровом виде с непосредственным указанием длины до точки повреждения. В заключение следует отметить, что приводимые технические данные по кабельной продукции получены на собственном испытательном оборудовании ООО «Псковгеокабель».