潛油電纜絕緣電阻的主要影響因素分析

王朝陽，劉玉坤，王 鵬，楊松濱，陸有升

（渤海石油裝備（天津）中成機械制造有限公司，天津 300280）

0 引言

作為重要機械采油設備，潛油電泵廣泛應用于各大油田油井中，是油田開采的重要手段之一。油井使用潛油電泵作業后，要通過潛油電纜進行絕緣電阻的測量。值得注意的是，絕緣電阻值不是一個恒定不變的數值，它易受諸多因素的影響而發生變化。

1 潛油電纜概述

潛油電纜為潛油電泵機組配套使用的動力電纜，敷設于油井中，為潛油電泵機組提供動力電源。作用上分動力電纜和電機引接電纜，外形上分圓形電纜和扁形電纜。

潛油電纜和普通動力電纜相比具有以下特點：

（1）使用環境耐高溫、高壓、油、氣和水，有適應井下工作狀況的特性。

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

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

（4）外形結構尺寸適應井下作業環形空間的要求。

2 空氣濕度因素

濕度對絕緣電阻的影響非常大，在GB/T 16750—2015 標準中規定，測量絕緣電阻時空氣相對濕度不大于85%。濕度過大，物體表面吸附水分后，會造成絕緣阻值下降。以乙丙橡膠絕緣電纜為例，對30 個試樣（整盤電纜）進行不同空氣濕度中的試驗，具體內容如下：

（1）電纜型號規格：QYYEQ6-3×20/150。

（2）兩種濕度條件試驗：一般情況（空氣濕度40%～60%）；相對濕度較大情況（空氣濕度85%～95%）。

（3）試驗方法：采用絕緣電阻測試儀分別測量三相電纜（另外兩相與鎧帶相連）對鎧帶及相間的絕緣電阻。每相測量后對地放電。

（4）試驗結果計算：溫度系數指的是溫度為15.6 ℃（60 ℉）時的值，對于現場測試，應該用溫度校正系數將其校正15.6 ℃時的值。換算至15.6 ℃時的絕緣電阻按式（1）計算。

式中 Ri15.6——溫度為15.6 ℃時的絕緣電阻，MΩ/km

Ri——三相中每千米絕緣電阻最小值，MΩ/km

Kt——測量時溫度校正系數，見表1

K15.6——溫度為15.6 ℃時的溫度校正系數，見標準GB/T 16750—2015 中45 頁表26[1]

（5）試驗結果及結論：經過兩種濕度條件下的測量，試驗數據見表1。換算成1 MΩ/km 絕緣電阻值，可以發現濕度85%～95%的絕緣電阻（平均值7406 MΩ/km），全部低于濕度40%～60%的絕緣電阻（平均值17200 MΩ/km），平均下降了56.7%。

表1 試驗數據

3 現場作業因素

（1）潛油電纜與井口或其他部件相擠壓、刮、碰、打扭等?？赡軙闺娎|鎧皮、絕緣層、保護層或芯線等部分損壞，會對絕緣電阻產生很大影響。

（2）潛油電纜穿越油井最大造斜點時速度過快，可能會造成小扁電纜、大小扁電纜接頭或大扁電纜刮傷影響絕緣電阻。

（3）潛油電纜穿越封隔器、井口時，可能會造成電纜擠傷刮傷、碰傷、折傷等影響絕緣電阻。

（4）安裝施工過程造成的潛油電纜損傷。安裝施工過程造成的潛油電纜磕傷、擠傷、扭傷等損傷帶來隱患，影響絕緣電阻。

（5）潛油電纜各個聯接點（大小扁電纜聯接點、過電纜封隔器聯接點、井口穿越聯接點）操作都會影響絕緣電阻。

4 電泵系統自身因素

整個系統聯接點多，是影響絕緣電阻的一個因素。整個電泵系統測試的絕緣包括電機、小扁電纜、大扁電纜及中間的各種接頭的總體絕緣情況，系統內聯接點多，包括電纜插頭與潛油電機聯接點、大小扁電纜聯接點、過電纜封隔器聯接點、井口穿越聯接點。所有的聯接操作均為服務人員手工操作，接頭處本身就是潛油電纜上的薄弱環節，任何一個環節都會影響絕緣電阻。

5 油井井況因素

油井的溫度、井液、腐蝕性氣體、壓力等井況對絕緣電阻也起著重要的影響作用。

（1）油井井下溫度的影響。高分子材料的本身特性決定了電機繞組線和電纜的絕緣電阻隨著溫度的升高呈指數性下降。

在熱狀態時或溫升試驗后，電機繞組絕緣電阻的阻值參見GB/T 16750—2015 中第10 頁表3。例如：在25 ℃時，電機繞組線絕緣電阻1000 MΩ，當電機溫度達到100 ℃時，溫度系數188，則電機繞組線的絕緣電阻=1000÷188=5.319 MΩ。

潛油電纜絕緣電阻的溫度系數見GB/T 16750—2015 中第45 頁表26。例如：在15.6 ℃時，電纜絕緣電阻2000 MΩ，當電纜溫度達到100 ℃時溫度系數為89.17，則電纜的絕緣電阻=2000÷89.17=22.42 MΩ。

潛油電纜長期工作在地下復雜環境的油井中，井下溫度的升高會造成整個系統絕緣下降。

（2）電機繞組線和電纜的絕緣電阻隨著電纜長度的增加，絕緣電阻呈比例下降。GB/T 16750—2015 中電纜絕緣電阻與長度之間的關系規定如下：

式中 Ri——每km 絕緣電阻，MΩ/km

Rit——實測絕緣電阻，MΩ

L——被測電纜的長度，km

（3）油井壓力過高或者洗井等作業造成壓力快速上升，會對電纜造成損傷，嚴重時造成氣、液竄入電纜絕緣層和護套層，影響絕緣電阻。

（4）油井腐蝕性氣體的影響油井中存在著大量的腐蝕性氣體，如H2S、CO2等對電纜具有侵蝕作用，如含量過高時會侵蝕電纜絕緣材料，影響絕緣電阻。

6 現場應用因素

（1）系統電壓波動大。電壓波動引起機組自動保護停機，啟機時的瞬間電流大，對電氣系統產生沖擊，頻繁啟停機可能會對電泵系統的電機、電纜的絕緣性能造成損壞，影響絕緣電阻。

（2）機組過載。井液黏度過大、雜質、出砂、卡泵或機組出現故障等原因會造成過載，過載時電機超負荷運轉，超負荷運行時，電纜中會產生熱效應，長期超負荷運行，過高的溫度會加速絕緣的老化，影響絕緣電阻。

（3）機組欠載。井液不足、泵堵等原因會造成欠載。欠載時電機空轉，電機所產生的熱量不能全部散發，溫度升高而導致電機或電纜絕緣失效，影響絕緣電阻。

（4）頻繁啟動。頻繁啟動電泵機組，大容量的電氣設備接通或斷開瞬間，產生強力脈沖，電網存在電感，電路中短時間產生浪涌電壓，引發浪涌電流，瞬間沖擊電流對電機、電纜、電氣設備的破壞性很大，影響絕緣電阻。

（5）其他因素對電纜的傷害。如變頻高次諧波，它會引起過電壓、過電流，使得電纜絕緣層老化加快，且輸出電纜線越長，電纜中過電壓、過電流越嚴重，發熱也越嚴重，影響絕緣電阻。

（6）電纜選擇問題。電纜選擇使用不當，達到或超過其耐受力，短期可能暫時正常運行，長期運行井底電纜絕緣熔融或老化，影響絕緣電阻。

7 結語

潛油電纜絕緣電阻受環境、現場作業、井況、電泵電纜整套機組等多種因素影響。完井絕緣值只是通過電纜測量，反映的是井下整個系統的數值，衡量完井絕緣電阻要綜合考慮各種因素的影響，盡量減少這些因素的影響。