潜油泵电缆开发研制

电动潜油泵电缆新产品研制工作总结报告

1、概述 1.1 项目简介

2009年我国油气勘探成果显著，储藏量稳中有升，全年共生产原油2.05亿吨，同比增长1.7%。我国石油总地质资源量1000×108吨，其中陆上775×108吨，海上225×108吨，可采资源量140～160×108吨。国土资源部预测，我国石油产量将在2010年达到2×108吨，并有能力保持15年以上。

我国石油资源的开采和稳定发展为电动潜油泵电缆市场提供了可靠的保证。目前的各大油田、尤其是海上油田和南堡滩涂油田，中石油公司在渤海湾滩海地区发现的冀东南堡油田，储量规模达10亿吨，其储量规模相当于近几年全国年度新增探明石油储量的1/2左右。未来五年内中石油公司将投入400亿元，用于新发现的南堡油田的开发及投产。南堡油田已发现的油层大部分都在沿海滩涂和水浅的近海海底，这样的水深无法架设海上钻井平台，要想开发石油资源就必须用上“海油陆采”新技术，即建设“人工岛”。

潜油电泵主要用于大排量（大于150m3/d），深井（1000～3000m）、水平井和斜井采油（主要是海上油田和陆上沼泽湿地油田），电动潜油泵采油方式极适于南堡滩涂油田。据悉南堡滩涂油田的开发，到2012年将建成11个人工岛，新投电泵井1500～2000口，泵挂深度按2000m推算，电缆需求量将在3000～4000km。南堡滩涂油田的开发将为潜油泵用电缆提供更为广阔的市场。

大庆油田石油管理局所属的力神泵业潜油电泵制造厂原生产能力2000台套，根据国内外潜油电泵市场的发展，“十一五”期间将生产能力逐渐扩大到4000台套；再考虑到新开发的南堡滩涂油田潜油电泵的需求量，因此可以预测我国潜油电缆的年需求量在“十一五”及以后将达到10000km以上。

国内潜油电缆生产厂家有胜利泵业潜油电缆厂和河北华通、山东万达及无锡金城电缆厂。胜利泵业潜油电缆厂工艺设备先进，采用了进口德国TROESTER公司橡皮连硫生产线和加拿大CEECO公司钢带联锁装铠机，具有较强实力，年生产能力约1500km。河北华通、山东万达和无锡金城均为民营企业，厂家的技术、工艺装备水平低，生产环境和管理水平差，有的厂家甚至无必备的检测设备，缺乏专业电缆技术人员。

新疆的石油天然气储量占我国陆上油气资源总量的四分之一，2009年生产原油3000万吨，生产天然气200亿m3。国发32号文件明确提出：“加快能源基地建设”，“加快塔里木、准格尔和吐哈三大盆地油气田资源勘探开发步伐，扩大开采规模，提高油气产量”和“到2020年建成全国大型油气生产和加工基地”。准噶尔、塔里木、吐哈三大盆地是新疆油气储存最为丰富的地区，预测石油资源储量达200多亿吨，资源优势得天独厚，勘探开发潜力巨大。随着西部大开发战略的实施和西气东输工程的建设，新疆新一轮大规模油气勘探开发建设正全速推进，形成由东到西、由北到南三大盆地油气勘探开发全面展开的态势。新疆油田的加快开发和建设，为油田用电缆市场提供了良好的发展机遇。 1.2 产品市场概述

由于以往我厂尚无连锁铠装及压铅等设备，无法生产此种电缆产品，多次错过客户对此类电缆的询价，仅2009年询价金额就达3000多万元。且此类电缆中间不允许接头，依据油井深度每段电缆的采购长度均在2800m以上，且电缆的使用寿命短，2～3年就需要更换，仅新疆地区塔里木油田和吐哈油田共有油井450多口，新探明油田也正在加速开发之中，预计在未来几年此电缆的需求量将进一步增多。

此外，我厂临近中亚五国，中亚五国尤其是哈萨克斯坦石油储备丰富，中石油、中石化、中海油等都在哈萨克斯坦承包石油开发项目，加之哈萨克斯坦目前还没有潜油泵电缆的生产厂家，需求的电缆主要依靠从俄罗斯和土耳其及我国进口，这为我厂电动潜油泵电缆的推广提供了良好的地域优势。 1.3产品的特性

电动潜油电泵电缆主要用于大排量（大于150m3/d），深井（1000～3000m）、水平井和斜井采油（主要是海上油田和陆上沼泽湿地油田）潜油电泵机组的供电；分为潜油泵引接电缆和潜油泵电力电缆两类，其中潜油泵引接电缆下端与潜没式电机接线盒相连，上端与潜油泵电缆相连接；潜油泵电力电缆下端与引接电缆相连，上端与控制柜相连接。按形状可分为圆形和扁形两种，其绝缘材料可采用聚丙烯、乙丙橡胶、交联聚乙烯、聚酰亚胺-F46复合薄膜/乙丙橡皮组合绝缘、聚酰亚胺-F46复合薄膜/聚全氟乙丙烯组合绝缘多种绝缘形式；护层材料亦可采用铅（铅合金）、乙丙橡胶、丁腈橡胶、氯磺化聚乙烯、丁腈聚氯乙烯复合物等几

种。根据井下工作温度的不同可分为90℃、120℃、150℃、180℃、和204℃五个温度等级。由于油井下工作环境较为恶劣，处于高温、高压、以及含油气等腐蚀性气体的环境中，对电缆各方面性能要求极高。 1.4实施的具体内容和技术路线

1.4.1以我厂生产试制的QYEQ6-3×20乙丙橡胶绝缘铅套镀锌钢带铠装扁形潜油泵电力电缆为例，其产品结构示意如图1所示：

1.铜导体 2.乙丙胶绝缘 3.铅内护层 4.聚四氟乙烯薄膜绕包 5.尼龙丝编织 6.连锁钢带

铠装

图 1 潜油泵电力电缆产品结构示意图

1.4.2实现潜油泵用电缆结构的工序过程如下

按照图1结构，制造工艺流程见图2。

拉 丝软 化挤绝缘电压实验压 铅包装入库绕 包成品检验尼龙丝编织钢带铠装

图 2 工艺流程图

2、产品试制 2.1原材料的选择

电动潜油泵电缆按形状可分为圆形和扁形两种，导体采用实心圆铜线时，符合GB 3953中TR型圆铜线的规定，导体可不镀锡或镀锡，当采用聚丙烯绝缘的导体单线应镀锡；绝缘材料可采用聚丙烯、乙丙橡胶、交联聚乙烯、聚酰亚胺-F46复合薄膜/乙丙橡皮组合绝缘、聚酰亚胺-F46复合薄膜/聚全氟乙丙烯组合绝缘多种绝缘形式；护层材料亦可采用铅（铅合金）、乙丙橡胶、丁腈橡胶、氯磺化聚乙烯、丁腈聚氯乙烯复合物等几种；铠装层材料采用镀锌钢带、不锈钢钢带或蒙

乃尔合金带。由于油井下工作环境较为恶劣，电缆处于高温、高压、以及含油气等腐蚀性气体的环境中，对电缆各方面性能要求极高，必须选取优质原材料方可满足要求。

我们对进厂的原材料严格按照ISO9001质量保证体系进行把关，采购时对提供原材料的厂家进行严格筛选，认真审查提供原材料厂家的资质和质量保证能力，建立合格分供方名单，在此范围内进行采购，建立稳定良好的供应链关系。杜绝原材料对电缆质量的不良影响。 2.2、设备的选择见表1

表 1 设备选择 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 工 序 名 称 拉丝 镀锡 绞线(圆形紧压) 复合绝缘绕包烧结 挤绝缘 压铅 挤内护 编织 铠装 铜大拉机 镀锡设备 三十盘、三十六盘、五十四盘、五十六盘型框式绞线机 聚酰亚胺-F46复合薄膜烧结设备 Ф90挤出机、Ф80、Ф100连硫线 YQL-100/5型连续挤铅机 Ф80、Ф100、双90连硫生产线、0+3三层共挤连硫生产线 编织机 联锁铠装机 采 用 设 备 3、关键技术及技术创新点 3.1关键技术：

电动潜油泵电缆井下工作环境恶劣，处于高温、高压、含油气的腐蚀气体环境中，加之受油井套管狭小空间的限制，对电缆尺寸的要求极为严格，加工过程中精度控制要求极高。复合绝缘层的烧结质量控制、导体与绝缘层间隙的气密性粘接、压铅工艺控制、连锁铠装工艺控制及乙丙橡胶、丁腈橡胶绝缘护套胶改性配方设计是此类电缆的关键技术。 3.1.1导体：

导体采用实心圆铜线时，圆铜线应符合GB 3953中TR型的规定，导体中各层可以是不镀锡的或镀锡的铜线，采用聚丙烯绝缘的导体单线应镀锡。为防止油井下气体渗入导体与绝缘层间隙，导体外应涂覆一层特殊粘接剂，通过连续硫化后可使导体与绝缘紧密粘接。

3.1.2绝缘及护层

电动潜油泵用电缆的绝缘材料可采用聚丙烯、乙丙橡胶、交联聚乙烯、聚酰亚胺-F46复合薄膜/乙丙橡皮组合绝缘、聚酰亚胺-F46复合薄膜/聚全氟乙丙烯组合绝缘；护层材料可采用铅（铅合金）、乙丙橡胶、丁腈橡胶、氯磺化聚乙烯、丁腈聚氯乙烯复合物等几种。其中乙丙橡胶、丁腈橡胶配方需我厂自行开发，是此类电缆产品的关键技术点。 3.1.3压铅工艺

挤压的铅内护套由纯铅或铅合金制成，铅合金应含有0.4%～0.8%锑和0.08%锑及以下铜、其余为铅，也可以采用不低于此性能的铅合金。铅套应无沙眼、裂纹和杂质等缺陷，其中模具的选配和及温度的控制是此工序的难点和关键点。 3.1.4连锁铠装工艺

扁形电缆和圆形电缆采用Z型及S型钢带连锁铠装结构，铠装除应符合GB 2952规定，钢带允许采用GB 2072规定的Ncu 28-2.5-1.5软态蒙乃尔合金钢带，钢带的重叠率应不小于35%，铠装后的镀锌钢带不应有肉眼可见的锌层开裂、起皮、漏镀等现象。 3.2技术创新点

在高温环境中工作的电缆，导体表面重叠绕包聚酰亚胺-F46复合薄膜，薄膜经高温烧结后包覆在导体表面，由于此种薄膜材料本身介电强度高，可把绝缘层厚度控制到最小，同时提高电缆的耐温性能。

采用铅护层结构，连续、无缝的包覆在绝缘线芯表面的铅护层，可为绝缘层提供优异的气液屏蔽层，在含有H2S气体的井中也可有效的保护铜导体。

采用聚氟乙烯（PVF）阻挡层结构，由于PVF耐化学性能优异，可有效阻挡油和化学物质对绝缘层的侵害，能够有效防止低分子量油的馏分物（轻质烃）和气体进入绝缘层，使聚丙烯绝缘软化，乙丙橡胶绝缘膨胀龟裂。同时又能为绝缘层附加扎紧强度作用，延长电缆的使用寿命。

采用连锁铠装工艺，保证了电缆在其特定系统使用中的安全、防锈、抗拉、弯曲、抗外机械力损伤等特殊要求，极大的提高了使用系统运行的安全性。

通过我厂的自主开发及借鉴消化吸收其它厂家的技术经验，选用国内外先进设备和优质原材料，使成品电缆在耐锈蚀性、安全性、耐砸压、弯曲等使用特性方面都有优异表现，满足在油井里恶劣环境的运行需要。

4、结论

4.1 经过我们的多次试制，在现场给操作人员的讲解、指导和培训，使他们很快掌握了该新产品的工艺过程，以及使用新材料的特点和工艺性能，为我们以后大批量的生产奠定了基础。

4.2 本产品试制后，经国家电线电缆质量监督检验中心检测，各项指标均达到或优于国标GB/T 16750-2008《潜油电泵机组》的要求。

4.3 本产品试制成功形成批量生产后，扩大了我厂生产能力，增加了我厂产品的新品种，为用户提供了优质产品。

4.4 随着特种电线电缆的迅速发展和推广，我国及中亚地区的石油开采需要大量的电动潜油泵电缆，预计我厂年产量可达1500km，年增产值可达17685万元，有较好的经济效益和社会效益。

4.5 试制的QYEQ6-3×20乙丙橡胶绝缘铅套镀锌钢带铠装扁形潜油泵电力电缆性能指标达到国内同类产品的先进水平，有着广阔的发展前景。

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