潜油电缆绝缘电阻的主要影响因素分析

王朝阳，刘玉坤，王 鹏，杨松滨，陆有升

（渤海石油装备（天津）中成机械制造有限公司，天津 300280）

0 引言

作为重要机械采油设备，潜油电泵广泛应用于各大油田油井中，是油田开采的重要手段之一。油井使用潜油电泵作业后，要通过潜油电缆进行绝缘电阻的测量。值得注意的是，绝缘电阻值不是一个恒定不变的数值，它易受诸多因素的影响而发生变化。

1 潜油电缆概述

潜油电缆为潜油电泵机组配套使用的动力电缆，敷设于油井中，为潜油电泵机组提供动力电源。作用上分动力电缆和电机引接电缆，外形上分圆形电缆和扁形电缆。

潜油电缆和普通动力电缆相比具有以下特点：

（1）使用环境耐高温、高压、油、气和水，有适应井下工作状况的特性。

（2）在高温、高压和气液侵蚀等恶劣环境保持良好电气绝缘性能、物理机械性能等。

（3）制造工艺要求高。它用于井下高温、高压和高腐蚀特殊环境中，以及下井安装并穿越井口封隔器时要求密封。因此，电缆的各项性能指标要求及每道制造工序的外径控制要求很高。

（4）外形结构尺寸适应井下作业环形空间的要求。

2 空气湿度因素

湿度对绝缘电阻的影响非常大，在GB/T 16750—2015 标准中规定，测量绝缘电阻时空气相对湿度不大于85%。湿度过大，物体表面吸附水分后，会造成绝缘阻值下降。以乙丙橡胶绝缘电缆为例，对30 个试样（整盘电缆）进行不同空气湿度中的试验，具体内容如下：

（1）电缆型号规格：QYYEQ6-3×20/150。

（2）两种湿度条件试验：一般情况（空气湿度40%～60%）；相对湿度较大情况（空气湿度85%～95%）。

（3）试验方法：采用绝缘电阻测试仪分别测量三相电缆（另外两相与铠带相连）对铠带及相间的绝缘电阻。每相测量后对地放电。

（4）试验结果计算：温度系数指的是温度为15.6 ℃（60 ℉）时的值，对于现场测试，应该用温度校正系数将其校正15.6 ℃时的值。换算至15.6 ℃时的绝缘电阻按式（1）计算。

式中 Ri15.6——温度为15.6 ℃时的绝缘电阻，MΩ/km

Ri——三相中每千米绝缘电阻最小值，MΩ/km

Kt——测量时温度校正系数，见表1

K15.6——温度为15.6 ℃时的温度校正系数，见标准GB/T 16750—2015 中45 页表26[1]

（5）试验结果及结论：经过两种湿度条件下的测量，试验数据见表1。换算成1 MΩ/km 绝缘电阻值，可以发现湿度85%～95%的绝缘电阻（平均值7406 MΩ/km），全部低于湿度40%～60%的绝缘电阻（平均值17200 MΩ/km），平均下降了56.7%。

表1 试验数据

3 现场作业因素

（1）潜油电缆与井口或其他部件相挤压、刮、碰、打扭等。可能会使电缆铠皮、绝缘层、保护层或芯线等部分损坏，会对绝缘电阻产生很大影响。

（2）潜油电缆穿越油井最大造斜点时速度过快，可能会造成小扁电缆、大小扁电缆接头或大扁电缆刮伤影响绝缘电阻。

（3）潜油电缆穿越封隔器、井口时，可能会造成电缆挤伤刮伤、碰伤、折伤等影响绝缘电阻。

（4）安装施工过程造成的潜油电缆损伤。安装施工过程造成的潜油电缆磕伤、挤伤、扭伤等损伤带来隐患，影响绝缘电阻。

（5）潜油电缆各个联接点（大小扁电缆联接点、过电缆封隔器联接点、井口穿越联接点）操作都会影响绝缘电阻。

4 电泵系统自身因素

整个系统联接点多，是影响绝缘电阻的一个因素。整个电泵系统测试的绝缘包括电机、小扁电缆、大扁电缆及中间的各种接头的总体绝缘情况，系统内联接点多，包括电缆插头与潜油电机联接点、大小扁电缆联接点、过电缆封隔器联接点、井口穿越联接点。所有的联接操作均为服务人员手工操作，接头处本身就是潜油电缆上的薄弱环节，任何一个环节都会影响绝缘电阻。

5 油井井况因素

油井的温度、井液、腐蚀性气体、压力等井况对绝缘电阻也起着重要的影响作用。

（1）油井井下温度的影响。高分子材料的本身特性决定了电机绕组线和电缆的绝缘电阻随着温度的升高呈指数性下降。

在热状态时或温升试验后，电机绕组绝缘电阻的阻值参见GB/T 16750—2015 中第10 页表3。例如：在25 ℃时，电机绕组线绝缘电阻1000 MΩ，当电机温度达到100 ℃时，温度系数188，则电机绕组线的绝缘电阻=1000÷188=5.319 MΩ。

潜油电缆绝缘电阻的温度系数见GB/T 16750—2015 中第45 页表26。例如：在15.6 ℃时，电缆绝缘电阻2000 MΩ，当电缆温度达到100 ℃时温度系数为89.17，则电缆的绝缘电阻=2000÷89.17=22.42 MΩ。

潜油电缆长期工作在地下复杂环境的油井中，井下温度的升高会造成整个系统绝缘下降。

（2）电机绕组线和电缆的绝缘电阻随着电缆长度的增加，绝缘电阻呈比例下降。GB/T 16750—2015 中电缆绝缘电阻与长度之间的关系规定如下：

式中 Ri——每km 绝缘电阻，MΩ/km

Rit——实测绝缘电阻，MΩ

L——被测电缆的长度，km

（3）油井压力过高或者洗井等作业造成压力快速上升，会对电缆造成损伤，严重时造成气、液窜入电缆绝缘层和护套层，影响绝缘电阻。

（4）油井腐蚀性气体的影响油井中存在着大量的腐蚀性气体，如H2S、CO2等对电缆具有侵蚀作用，如含量过高时会侵蚀电缆绝缘材料，影响绝缘电阻。

6 现场应用因素

（1）系统电压波动大。电压波动引起机组自动保护停机，启机时的瞬间电流大，对电气系统产生冲击，频繁启停机可能会对电泵系统的电机、电缆的绝缘性能造成损坏，影响绝缘电阻。

（2）机组过载。井液黏度过大、杂质、出砂、卡泵或机组出现故障等原因会造成过载，过载时电机超负荷运转，超负荷运行时，电缆中会产生热效应，长期超负荷运行，过高的温度会加速绝缘的老化，影响绝缘电阻。

（3）机组欠载。井液不足、泵堵等原因会造成欠载。欠载时电机空转，电机所产生的热量不能全部散发，温度升高而导致电机或电缆绝缘失效，影响绝缘电阻。

（4）频繁启动。频繁启动电泵机组，大容量的电气设备接通或断开瞬间，产生强力脉冲，电网存在电感，电路中短时间产生浪涌电压，引发浪涌电流，瞬间冲击电流对电机、电缆、电气设备的破坏性很大，影响绝缘电阻。

（5）其他因素对电缆的伤害。如变频高次谐波，它会引起过电压、过电流，使得电缆绝缘层老化加快，且输出电缆线越长，电缆中过电压、过电流越严重，发热也越严重，影响绝缘电阻。

（6）电缆选择问题。电缆选择使用不当，达到或超过其耐受力，短期可能暂时正常运行，长期运行井底电缆绝缘熔融或老化，影响绝缘电阻。

7 结语

潜油电缆绝缘电阻受环境、现场作业、井况、电泵电缆整套机组等多种因素影响。完井绝缘值只是通过电缆测量，反映的是井下整个系统的数值，衡量完井绝缘电阻要综合考虑各种因素的影响，尽量减少这些因素的影响。