Добыча нефти и газа — сложное, очень опасное производство. Поэтому к используемым на нем силовым кабелям предъявляются особые требования. Для обеспечения надежности и безопасности функционирования месторождений нефти и газа применяемые там кабели должны соответствовать принятым нормам. Свои требования к кабелям предъявляют как электроэнергетики, так и специалисты по нефти и газу. Недавняя реформа системы стандартизации в нашей стране еще более запутала ситуацию — какие нормы считать обязательными, а какие — нет? Давайте разберемся в этой проблеме.
Специально для нефтяной и газовой индустрии выпускаются три вида кабелей: нефтепогружные, для питания электробура и шлангокабели.
- Нефтепогружные кабели предназначены для подачи электроэнергии к погружному насосу, установленному внутри нефтяной скважины и качающему оттуда нефть.
- Кабели для питания электробура предназначены для подачи электроэнергии к подземной бурильной установке.
- Шлангокабели содержат в себе силовые жилы, оптоволокно и провода для передачи сигналов управления и диагностики, а также гибкие трубопроводы.
Через эти трубопроводы подается жидкость для управления механизмами с гидравлическим приводом (например, газовыми заслонками), а также, при необходимости, жидкость, препятствующая замерзанию нефти в скважине.
Помимо этого, на нефтяных и газовых месторождениях используются силовые кабели, по которым к объекту подается электроэнергия. Поскольку большинство месторождений нефти и газа в нашей стране находятся в сложных климатических условиях, к подобным кабелям могут предъявляться дополнительные требования.
При добыче нефти в условиях низких температур для подогрева скважины часто используются нагревательные кабели. Их также изготавливают по специальным требованиям, чтобы на них не оказывали разрушающее действие как нефтепродукты, так и химические вещества, закачиваемые в скважину для облегчения процесса добычи.
Нефтепогружные кабели
Когда по телевидению говорят о нефтедобыче, то обычно иллюстрируют рассказ эффектным видеорядом гигантской конструкции над скважиной, которая регулярно поднимает и опускает туда трубу.
Это так называемые штанговые глубинные насосы. Исторически они были одним из самых первых типов насосов для добычи нефти, да и сейчас широко применяются.
Наиболее эффективный способ добычи нефти предусматривает установку погружного электрического насоса внутри самой скважины на глубине. Количество месторождений нефти, оснащенных погружными насосами, меньше, чем оснащенных штанговыми глубинными насосами. Тем не менее если брать количество добываемой нефти, то здесь погружные насосы выходят в лидеры. Только на один тип погружного насоса — электроцентробежный — приходится до 80 % добываемой в России нефти. А ведь есть еще некоторые другие типы погружных насосов, используемых для узкоспециализированных применений, например, электрические насосы диафрагменного типа устанавливают, когда нефть в месторождении сильно загрязнена механическими примесями.
но большую часть нефти добывают с помощью электрических насосов, установленных в скважине
По мере истощения запасов легкодоступной нефти все чаще используются погружные насосы. И, соответственно, растет спрос на нефтепогружные кабели.
Основным документом, регламентирующим параметры нефтепогружных кабелей, в нашей стране является ГОСТ P 51777-2001 «Кабели для установок погружных электронасосов. Общие технические условия». Этот стандарт описывает трехжильные кабели (в нефтедобыче как раз применяются трехфазные погружные насосы), предназначенные для питания погружных насосов переменным током 50 Гц напряжением 2,5 кВ или 3,3 кВ. В преамбуле к стандарту сказано, что его применение является обязательным. Однако спустя 10 лет после принятия данного ГОСТ в России произошла реформа системы стандартизации, в результате чего большинство стандартов, включая и указанный, стали необязательными для применения. То есть, если производитель стремится обеспечить конкурентоспособность своей продукции, он сертифицирует продукцию на соответствие ГОСТ и указывает этот факт в технических данных. В противном случае на предприятии разрабатываются собственные технические условия (ТУ), которые регистрируются в установленном порядке.
Согласно действующему законодательству, ТУ относятся к стандартам организации. Если ТУ утвердили, то компания должна выпускать кабель строго по этому документу. Но сама разработка ТУ осуществляется силами предприятия. В этом случае планка качества задается не государством, а самим предприятием и определяется лишь тем, насколько фирма дорожит своим брендом.
По ТУ выпускаются кабели из инновационных алюминиевых сплавов. Важным преимуществом таких кабелей является меньшая погонная масса, что в целом упрощает обслуживание насоса, когда его приходится поднимать из скважины, вместе с кабелем. Мало того, для добычи нефти приходится бурить все более глубокие скважины и, возможно, в недалеком будущем все нефтепогружные кабели будут изготавливаться из алюминиевых сплавов. Другим преимуществом жил из таких сплавов является то, что они не оказывают разрушающего действия на изоляцию, в отличие от меди, ионы которой диффундируют в материал изоляции.
наличие металлической брони для нефтепогружных кабелей обязательно
Но в 4.2.1.3 ГОСТ P 51777-2001 однозначно указано: «Токопроводящие жилы должны быть изготовлены из медной проволоки». На момент принятия стандарта в электротехнике использовался только алюминий без дополнительных добавок, придающих ему прочность и гибкость. Алюминиевые жилы при многократном изгибе становились хрупкими, а образующиеся в результате их разрушения мелкие частицы металла были способны вызвать возгорание. Сейчас же существуют инновационные сплавы на основе алюминия, которые по основным параметрам не уступают меди, однако намного легче ее. Но в ГОСТе это пока отражения не нашло.
Есть ГОСТ Р 51651-2000 «Изделия кабельные. Система качества. Материалы конструкции», описывающий процедуру использования в кабельной продукции инновационных материалов, не прописанных ранее в стандартах. Но в данном случае эта норма неприменима, поскольку в ГОСТ P 51777-2001 задан конкретный материал. Вот почему многие нефтепогружные кабели, в том числе и от производителей, славящихся своим качеством, выпускаются сейчас по ТУ, а не по ГОСТ.
Кабели для электрических буров
Скважины при нефте- и газодобыче делают одним из трех основных видов буров: штанговым, турбинным и электрическим. Вращение штанговому буру механически передается по штанге от мотора на поверхности. Такой бур имеет значительные ограничения по траектории и глубине бурения. Больше возможностей у турбинного бура, который приводится в действие потоком воды, подаваемым по гибкому шлангу с поверхности. Но с ростом глубины бурения КПД такого устройства резко снижается. Наиболее удобен и эффективен электрический бур, питание к которому подается с поверхности по гибкому кабелю. Такие буры обеспечивают возможность закладки очень глубоких скважин, в том числе и с горизонтальными стволами. В условиях, когда нефть и газ добывают во все более сложных геологических условиях, электрические буры получили широкое применение.
Для питания электрических буров на нефтяных и газовых месторождениях применяются кабели на напряжение до 3 кВ. Такие кабели выпускаются обычно с изоляцией из резины, которая обеспечивает необходимые прочность и гибкость. При опускании питающего токопровода в скважину кабельные секции встраиваются в отрезки бурильных труб (обычно длиной 12,5 м), которые присоединяют друг к другу. Поэтому кабели для электрических буров, в отличие от нефтепогружных кабелей, обычно не имеют металлической брони. Это допускается нормами ГОСТ 12.2.007.14-75 «Система стандартов безопасности труда (ССБТ). Кабели и кабельная арматура. Требования безопасности».
В остальном же параметры кабелей с изоляцией из резины на напряжения питания электробура не нормируются ГОСТ (если не считать общих стандартов, относящихся к любому кабельному изделию). Поэтому такие кабели еще с советских времен выпускаются только по ТУ. Возможно, это связано с весьма узкой сферой применения подобных кабелей.
Шлангокабели
Гибкие трубопроводы, встроенные в шлангокабель, по которым передается жидкость для управления гидравликой, а в некоторых случаях и противозамерзающая жидкость, должны соответствовать ГОСТ Р 54382-2011 «Нефтяная и газовая промышленность. Подводные трубопроводные системы. Общие технические требования».
Что же касается электрической части, то шлангокабели относятся к кабелям специального назначения, на которые действие обычных ГОСТ по электрическим кабелям не распространяется. С точки зрения норм безопасности ГОСТ 12.2.007.14-75 электрическую часть шлангокабеля можно представить как набор электрических кабелей, проложенных в защитной трубе, исключающей их повреждение.
Нагревательные кабели
Действующий в России международный стандарт ГОСТ Р МЭК 60800-2012 «Кабели нагревательные на номинальное напряжение 300/500 В для обогрева помещений и предотвращения образования льда» может использоваться при проектировании отопления для временного жилья нефтяников на объекте. Тем не менее к скважинам и нефтепроводам он неприменим.
Параметры и использование нагревающих кабелей в нефтепроводах с целью предотвращения застывания нефтепродуктов регламентируются действующим в России международным стандартом ГОСТ МЭК 62395-1-2016 «Системы обогрева трубопроводов, работающие на электрическом сопротивлении, для промышленного и коммерческого применения».
международным стандартом, принятым и в России
Применение нагревательных кабелей, размещаемых непосредственно в нефтяной скважине, для предотвращения замерзания нефти при низких температурах пока что является настолько новой технологией, что она еще не нашла своего отражения ни в российских, ни в международных стандартах.
Кабели для эксплуатации в сложных условиях
Воздействие на кабель холода и агрессивных сред рассматривается с позиций ГОСТ точно так же, как и для другой машиностроительной продукции. В первую очередь, конечно, следует упомянуть ГОСТ 15150-69 «Машины, приборы и другие технические изделия. Исполнения для различных климатических районов. Категории, условия эксплуатации, хранения и транспортирования в части воздействия климатических факторов внешней среды». По нему до сих пор определяется климатическое исполнение, в том числе и кабельной продукции. Но здесь есть нюанс, который надо учитывать. Климатическое исполнение при применении норм данного ГОСТ для кабелей учитывает только статическое положение (хранение, эксплуатация уже проложенного кабеля). Но на нефтяных и газовых месторождениях возникают ситуации, когда нужно срочно заменить кабель на морозе, и изгиб его изоляции может привести к возникновению трещин в ней.
Возможность прокладки кабеля в условиях низких температур ГОСТ не регламентируется. Так что, если это критично, помимо категории климатического исполнения кабеля есть смысл получить от производителя данные, при какой минимальной температуре возможна прокладка кабеля.
На нефтяных и газовых месторождениях в технологических процессах применяются агрессивные химические вещества. Стойкость кабеля к таким веществам определяется обычно в соответствии с требованиями заказчика. Процедура определения стойкости кабеля к агрессивным средам определяется по ГОСТ Р 51802-2001 «Методы испытаний на стойкость к воздействию агрессивных и других специальных сред машин, приборов и других технических изделий».
Наконец, к кабелям, используемым на объектах нефтегазовой отрасли, предъявляются повышенные требования по пожаробезопасности. Должны использоваться материалы, согласно ГОСТ 31565-2012 «Кабельные изделия. Требования пожарной безопасности», как для объектов с высоким уровнем риска.
Выводы
При добыче нефти и газа часто используются специализированные технологии, для которых разработка отдельных ГОСТ нецелесообразна. Кроме этого, технологии в нефтегазовой отрасли развиваются так быстро, что органы стандартизации просто не поспевают за ними. Поэтому выпуск кабелей по ТУ, а не по ГОСТу иногда бывает обусловлен объективными обстоятельствами. Тем не менее в каждом конкретном случае есть смысл изучить ситуацию и разобраться, прежде чем приобретать кабель, — действительно ли для данного вида продукции еще не создан ГОСТ либо производитель сознательно пошел на применение ТУ только ради экономии. И, конечно, любое, даже самое инновационное и узкоспециализированное изделие должно соответствовать прописанным в ГОСТ нормам по безопасности, общим для любой кабельной продукции.
