降低圆扁潜油电缆连接故障率

1、 潜油电缆厂潜油电缆厂QC小组成果发布小组成果发布降低圆扁潜油电缆连接的故障率降低圆扁潜油电缆连接的故障率一、课题简介一、课题简介 潜油电缆是电泵机组一个重要部分，长期工作在地下高潜油电缆是电泵机组一个重要部分，长期工作在地下高温、高压和具有腐蚀性液体环境中。潜油电缆主要包括潜油温、高压和具有腐蚀性液体环境中。潜油电缆主要包括潜油动力电缆和潜油引接电缆两系列产品，潜油引接电缆只有扁动力电缆和潜油引接电缆两系列产品，潜油引接电缆只有扁型一种；潜油动力电缆分为圆型和扁型（见下图型一种；潜油动力电缆分为圆型和扁型（见下图1 1）两种类）两种类型，适用于不同油井套管尺寸。国内油田由于大多采用型，适用于

2、不同油井套管尺寸。国内油田由于大多采用71/271/2油井套管油井套管, , 受套管内径限制都使用扁型动力电缆；国受套管内径限制都使用扁型动力电缆；国外及海上油井套管大多为内径外及海上油井套管大多为内径99以上大套管，因此多采用圆以上大套管，因此多采用圆型动力电缆。动力电缆必须与引接电缆连接才能为井下潜油型动力电缆。动力电缆必须与引接电缆连接才能为井下潜油电机输送电能，动力电缆与引接电缆连接处我们称为电机输送电能，动力电缆与引接电缆连接处我们称为“连接连接包包”，潜油扁形动力电缆与引接电缆的连接我们称为，潜油扁形动力电缆与引接电缆的连接我们称为“扁扁扁扁连接连接”，潜油圆形动力电缆与引接电缆的

3、连接我们称为，潜油圆形动力电缆与引接电缆的连接我们称为“圆圆扁连接扁连接”，连接包位于油井液面之下（见图，连接包位于油井液面之下（见图2 2电泵机组示意电泵机组示意图），所以连接包的耐高温、耐油耐酸碱和密封性能要求较图），所以连接包的耐高温、耐油耐酸碱和密封性能要求较高。高。降低圆扁潜油降低圆扁潜油电缆连接故障电缆连接故障率率二、小组概况二、小组概况潜油电缆厂潜油电缆厂QCQC小组小组 注册编号注册编号BGS11-2011BGS11-2011 成立时间：成立时间：2011/1/32011/1/3现场型小组类型小组类型集中学习活动与现场活动相结合 活动方式活动方式18次活动次数活动次数98%成员

4、出勤率成员出勤率人均26学时QCQC教育情况教育情况1 1、小组基本情况、小组基本情况2 2、小组成员情况、小组成员情况制表：简东制表：简东 20112011年年1 1月月小组成员情况一览表小组成员情况一览表三、选题理由三、选题理由圆扁连接圆扁连接 结果结果1 结果结果2按这种工艺连接的圆扁电缆连按这种工艺连接的圆扁电缆连接包部位直径较大，下井过程接包部位直径较大，下井过程中特别在通过井口时，容易挤中特别在通过井口时，容易挤伤电缆伤电缆 连接后的保护层不连续，无法保连接后的保护层不连续，无法保证电缆密封性能，机组运转过程证电缆密封性能，机组运转过程中护套与芯线绝缘间隙渗入井液中护套与芯线绝缘间

5、隙渗入井液，导致电缆绝缘受损，连接包处，导致电缆绝缘受损，连接包处击穿击穿 扁扁连接扁扁连接 工艺非常成熟工艺非常成熟使用寿命长达两年使用寿命长达两年但不适应国外市场但不适应国外市场 国外机组圆扁电缆连接非正常机组故障停机给公司造成了很大损失，如何解国外机组圆扁电缆连接非正常机组故障停机给公司造成了很大损失，如何解决这类问题，我们小组做了以下验证：决这类问题，我们小组做了以下验证：若套用扁扁连若套用扁扁连接工艺接工艺降低圆扁潜油电缆连接的故障率降低圆扁潜油电缆连接的故障率 选定课题选定课题四、现状调查四、现状调查调查一调查一改进前圆扁电缆连接工艺流程如下改进前圆扁电缆连接工艺流程如下 芯线芯线

6、铅皮铅皮填充绳填充绳保护层铠皮保护层铠皮橡胶橡胶连接导体连接导体3、压紧铜套连接导体、压紧铜套连接导体1、准备工作、准备工作2、按工艺尺寸拨芯线、按工艺尺寸拨芯线4、绕包绝缘层、绕包绝缘层5、加填充绳整形、加填充绳整形6、绕包保护层、绕包保护层7、绕包铠皮处理接头、绕包铠皮处理接头8、整理、整理调查二调查二 为查找问题原因，小组人员对为查找问题原因，小组人员对20102010年年1-121-12月现场发生故障的月现场发生故障的1919条圆扁连接条圆扁连接电缆进行了解剖，并对故障原因进行了统计见下表：电缆进行了解剖，并对故障原因进行了统计见下表： 电缆故障原因统计表电缆故障原因统计表数据来源：机

7、组解剖记录数据来源：机组解剖记录 统计人：李海燕统计人：李海燕 时间：时间：2011.1.10 连接包连接包故障故障五、确定目标五、确定目标1 1、确定目标值、确定目标值15%15%4%4%目标依据目标依据 根据现场生产的经验及客户使用井况，以及扁扁电缆对接工艺比较成熟、2年内的故障率在2.5%以下的情况，认为把圆扁电缆连接故障率降低到1年4%是可以实现。 小组成员由管理、技术、质量及经小组成员由管理、技术、质量及经验丰富的操作人员组成。验丰富的操作人员组成。我公司的扁扁电缆连接技术是成熟技我公司的扁扁电缆连接技术是成熟技术，为圆扁电缆连接提供技术支持。术，为圆扁电缆连接提供技术支持。 领导重

8、视，此项工作作为公司质量领导重视，此项工作作为公司质量改进工作重点。改进工作重点。 2 2、可行性分析、可行性分析六、原因分析六、原因分析人员人员环境环境材料材料工艺工艺设备设备影响圆扁电缆连接质量因素影响圆扁电缆连接质量因素5、保护层材料和电缆填充材料耐腐蚀耐高温性能差6、环境条件限制和影响设备不能满足工艺要求1、平板硫化仪硫化温度波动大环境条件对连接质量的影响密封材料物理和化学性能对连接质量影响工艺参数和工艺方法对连接质量的影响7、操作人员水平有限，责任心不强 操作人员素质和水平对对接质量影响2、导体对接处直径较大3、圆扁连接工艺不合理4、绝缘绕包工艺不合理 七、要因确认七、要因确认1 1

9、、平板硫化仪硫化温度波动大平板硫化仪硫化温度波动大硫化试验数据记录表硫化试验数据记录表荣斌导体和绝缘不粘接，保护层硫化异常19020170180QYENY型10荣斌导体和绝缘不粘接，保护层硫化异常20020180180QYENY型9荣斌绝缘正常，保护层硫化不足12020100180QYENY型8荣斌绝缘正常，保护层硫化不足12220100120QYENY型7荣斌导体和绝缘不粘接，保护层硫化异常11920110120QYENY型6荣斌导体和绝缘不粘接，保护层硫化异YENY型5荣斌绝缘正常，保护层硫化不足93207090QYPNY型4荣斌绝缘正常，保护层硫化不足95207

10、0 90QYPNY型3荣斌绝缘出现气泡，保护层硫化正常1102080 90QYPNY型2荣斌绝缘出现气泡，保护层硫化异常115209090QYPNY型1操作操作者者硫化后状态硫化后状态实测最高温实测最高温度度保温保温时间时间minmin设定设定温度温度电缆样本电缆样本序号序号试验人：王吉锐 验证人：荣斌 试验日期：2011年 1月25日 小组讨论认为：平板硫化仪硫化温度偏差大，影响保护层硫化质量，小组讨论认为：平板硫化仪硫化温度偏差大，影响保护层硫化质量，不能使保护层平滑向外延伸密封连接包，影响圆扁电缆连质量。于是决定不能使保护层平滑向外延伸密封连接包，影响圆扁电缆连质量。于是决定对平板硫化仪

11、硫化温度作校正试验。对平板硫化仪硫化温度作校正试验。丁腈橡胶的硫化时间曲线丁腈橡胶的硫化时间曲线主要因素主要因素验证人：简东、荣验证人：简东、荣斌、宫述臣斌、宫述臣验证时间：验证时间：2011年年1月月12日日12月月15日日 验证地点：特缆车验证地点：特缆车间间2 2、导体对接处直径较大导体对接处直径较大我们小组采用铜套对接制作了我们小组采用铜套对接制作了2 2个连接包，记录数据如下表个连接包，记录数据如下表25.9190.5164.611945.628.612.6511.134.126#224.6190.5165.911946.93114.312.95.194#1间隙间隙套管套管内径内径机

12、组最机组最大投影大投影尺寸尺寸电泵电泵机组机组外径外径连接连接包外包外径径电缆电缆外径外径绕包绝缘绕包绝缘材料后直径材料后直径铜套连铜套连接接后直径后直径导体导体直径直径电缆电缆型号型号序序号号制表人：王吉锐 验证人：简东 日期：2011年 2月23日连接包工序数据记录表连接包工序数据记录表( (单位：单位：mm)mm) 从表中数据可看出连接包外径远大于电缆外径，造成连接包部位与套管内径从表中数据可看出连接包外径远大于电缆外径，造成连接包部位与套管内径间间隙太小，在电缆下井过程中因井口尺寸限制容易挤伤电缆连接包，导致电缆间间隙太小，在电缆下井过程中因井口尺寸限制容易挤伤电缆连接包，导致电缆在连

13、接包处击穿、整套机组故障停机。为此确认此因素为主要因素。在连接包处击穿、整套机组故障停机。为此确认此因素为主要因素。主要因素主要因素验证人：简东、斌验证人：简东、斌荣荣验证时间：验证时间：2011年年2月月10日日2月月23日日 验证地点：特缆车验证地点：特缆车间间3 3、圆扁电缆连接工艺操作规程不合理圆扁电缆连接工艺操作规程不合理 我们小组现场实验：取我们小组现场实验：取5 5根圆电缆按工艺要求连接，通过模拟井下根圆电缆按工艺要求连接，通过模拟井下井况压力试验，发现全部圆电缆护套根部有液体渗入，导致整根电缆井况压力试验，发现全部圆电缆护套根部有液体渗入，导致整根电缆护套失去作用，绝缘浸入井液

14、，影响绝缘性能。护套失去作用，绝缘浸入井液，影响绝缘性能。电缆护套密封试验记录电缆护套密封试验记录试验人：王吉锐 验证人：简东 日期：2011年 2月25日 所以，我们小组成员认为：改进现有工艺，将保护层延长至所以，我们小组成员认为：改进现有工艺，将保护层延长至护套端部密封，阻止井液进入，是提高电缆寿命主要方法。护套端部密封，阻止井液进入，是提高电缆寿命主要方法。主要因素主要因素验证人：简东、李验证人：简东、李海燕、王吉锐海燕、王吉锐验证时间：验证时间：2011年年2月月15日日2月月25日日 验证地点：特缆车验证地点：特缆车间间4 4、绝缘绕包工艺流程对连接质量影响绝缘绕包工艺流程对连接质量

15、影响 验证人：简东、荣验证人：简东、荣斌、王吉锐斌、王吉锐验证时间：验证时间：2011年年2月月15日日2月月27日日 验证地点：特缆车验证地点：特缆车间间我们小组经调查：此工艺流程也用于我们小组经调查：此工艺流程也用于“扁扁连接扁扁连接”，对接后的电缆、修，对接后的电缆、修理后电缆都能够达到国标理后电缆都能够达到国标GB/T16750-2008GB/T16750-2008规定耐温耐压等级要求，只规定耐温耐压等级要求，只要连接过程原材料质量可靠、操作人员严格按照工艺要求操作，就可以要连接过程原材料质量可靠、操作人员严格按照工艺要求操作，就可以保证绝缘绕包质量。保证绝缘绕包质量。 为此确认此因素

16、为非主要因素。为此确认此因素为非主要因素。.非主要因素非主要因素5 5、保护层材料和电缆填充材料耐腐蚀、耐高温性能差保护层材料和电缆填充材料耐腐蚀、耐高温性能差 我们小组成员对保护层和填充材料做了耐油、耐高温试验，实验过程：我们小组成员对保护层和填充材料做了耐油、耐高温试验，实验过程：取取2 2个烧杯，倒入适量个烧杯，倒入适量20#20#机油，分别放入保护层和填充材料。数据记录如下机油，分别放入保护层和填充材料。数据记录如下表：表：试验数据记录表试验数据记录表体积变大表面变黑6.6457.32418100填充材料变脆，呈黄色6.0676.48518100保护层材料试验后其他变化试验后重量g试验

17、前重量g时间h温度项目材料 试验人：李海燕 验证人：张兰芳 日期：2011年2月25日 从表中数据可看出：保护层材料、填充材料耐油、耐高温从表中数据可看出：保护层材料、填充材料耐油、耐高温性能差，并且有部分高温分解（重量损失较大）。为此确认此性能差，并且有部分高温分解（重量损失较大）。为此确认此因素为主要因素。因素为主要因素。结论结论主要因素主要因素验证人：李海燕、验证人：李海燕、张兰芳张兰芳验证时间：验证时间：2011年年2月月15日日2月月25日日 验证地点：电缆研验证地点：电缆研究室究室6 6、环境条件限制和影响环境条件限制和影响 7 7、操作人员不熟练，责任心不强操作人员不熟练，责任心

18、不强 验证验证 经我们小组成员对服务站有经验职工了解和现场经我们小组成员对服务站有经验职工了解和现场考察认为：野外和海上平台环境比较恶劣，风沙、水雾考察认为：野外和海上平台环境比较恶劣，风沙、水雾对电缆绝缘带绝缘性能影响较大，但可以通过在工厂对对电缆绝缘带绝缘性能影响较大，但可以通过在工厂对接，对接好后再投入现场使用，从而避免现场连接环境接，对接好后再投入现场使用，从而避免现场连接环境对产品的影响。确认此因素为非主要因素。对产品的影响。确认此因素为非主要因素。验证验证 经我们小组成员了解：公司对操作人员每季度都有经我们小组成员了解：公司对操作人员每季度都有技术培训和考核，操作人员持证上岗，操作

19、技能熟练，技术培训和考核，操作人员持证上岗，操作技能熟练，责任心强，并且充分了解工作的重要性。为此确认此因责任心强，并且充分了解工作的重要性。为此确认此因素为非主要因素。素为非主要因素。非主要因素非主要因素非主要因素非主要因素验证人：简东、王验证人：简东、王吉锐吉锐验证时间：验证时间：2011年年3月月1日日3月月6日日 验证地点：服务站验证地点：服务站验证人：李海燕、验证人：李海燕、张兰芳张兰芳验证时间：验证时间：2011年年3月月2日日3月月5日日 验证地点：服务站验证地点：服务站 人力资源部人力资源部八、制定对策八、制定对策对策措施表对策措施表我们结合实际针对影响质量主要因素制定了相应的

20、对策。见下表：九、对策实施九、对策实施措施一、措施一、平板硫化仪温控系统改造平板硫化仪温控系统改造 平板硫化仪控制柜，将加热部分分上下两区分别控制温度，更换高精度的温控仪，使温度误差范围由20缩小到4.措施二、措施二、改进导体对接方法，采用机械设备替代手工对接改进导体对接方法，采用机械设备替代手工对接 冷压对焊机替代传统铜套对接方法冷压对焊机替代传统铜套对接方法 1.冷压对焊机模具改进冷压对焊机模具改进2. 采用传统铜套对接方法时，两根电缆导体分别从铜套两端插入铜套，然后用板钳压紧铜套固定，对接后对接部位直径加粗，绕包绝缘材料后连接处外径会更大，以4#电缆为例，导体直径会由5.19mm增加到1

21、2.9mm。采用冷压对焊机对接铜杆后，对接前后导体直径没有变化，解决了铜套对接后电缆直径太粗的问题。导体直径加粗导体直径加粗导体直径不变导体直径不变导体连接工艺改进对比图导体连接工艺改进对比图 为了确保冷压对焊机对接后的导体强度能够满足要求，我们制作了为了确保冷压对焊机对接后的导体强度能够满足要求，我们制作了6 6个样品进行了导体拉伸试验测试，拉伸试验数据见下表。个样品进行了导体拉伸试验测试，拉伸试验数据见下表。导体拉伸试验记录表导体拉伸试验记录表试验人：王吉锐 记录人：简东 日期：2011年2月21日由上表看出：冷压对焊导体强度大于压紧铜套对接导体强度。由上表看出：冷压对焊导体强度大于压紧铜

22、套对接导体强度。 原机模具只能对接两根相同直径的芯线如：原机模具只能对接两根相同直径的芯线如：4#4#对接对接4#4#或或6#6#对接对接6#6#。升。升级后级后4#4#可对接可对接6#6#或其他不同型号电缆。或其他不同型号电缆。 改进前后对比图改进前后对比图对焊机模具对焊机模具措施三、措施三、圆扁电缆连接工艺改进圆扁电缆连接工艺改进 在引接电缆（扁电缆）端部加装在引接电缆（扁电缆）端部加装2 2个氟橡胶垫个氟橡胶垫 采用氟橡胶垫提高密封性能，氟橡胶密封垫的突出特性是耐高温、耐化学腐采用氟橡胶垫提高密封性能，氟橡胶密封垫的突出特性是耐高温、耐化学腐蚀、耐油、抗氧化，可在蚀、耐油、抗氧化，可在2

23、50250长期使用，长期使用，300300短期使用。其硫化胶拉伸强度短期使用。其硫化胶拉伸强度为为7.07.017.5MPa17.5MPa，伸长率，伸长率150150300%300%，耐候、耐臭氧，电绝缘性能优良，透气性，耐候、耐臭氧，电绝缘性能优良，透气性低于其他橡胶，完全符合井下使用。低于其他橡胶，完全符合井下使用。 利用三孔橡胶垫弹性张力配合电缆芯线外径起到密封作用；2个橡胶垫可以起到固定三相芯线作用；如下图： 2个三孔橡胶垫可以起到以下作用：两个三孔氟橡胶垫两个三孔氟橡胶垫 将将2 2个氟橡胶垫套个氟橡胶垫套入扁电缆端部入扁电缆端部 措施四、措施四、保护层、填充层材料的改进保护层、填充

24、层材料的改进 1. 1. 保护层和填充层材料采用丁晴橡胶保护层和填充层材料采用丁晴橡胶 针对原保护层材料不耐油耐温的情况，我们初步筛选了丁腈橡胶、乙丙橡胶、针对原保护层材料不耐油耐温的情况，我们初步筛选了丁腈橡胶、乙丙橡胶、丁腈复合物、丁腈复合物、PVCPVC等四种材料在实验室对进行性能对比试验，实验结果见下表：等四种材料在实验室对进行性能对比试验，实验结果见下表：保护层材料不耐油耐温性能试验记录保护层材料不耐油耐温性能试验记录试验人：李海燕试验人：李海燕 记录人：张兰芳记录人：张兰芳 日期：日期：20112011年年 3 3月月1212日日结论结论 从所得实验数据中可以看出，丁腈橡胶的耐油、

25、耐温综从所得实验数据中可以看出，丁腈橡胶的耐油、耐温综合性能比较好，因此，我们选定丁腈橡胶作为电缆圆扁连接合性能比较好，因此，我们选定丁腈橡胶作为电缆圆扁连接的保护层材料。的保护层材料。 2. 2. 保护层和填充层保护层和填充层操作工艺的改进操作工艺的改进 原来保护层和填充层的操作工艺为：先用填充条将三相电缆芯线间的的间隙填充圆整，然后用保护材料绕包成型。保护层绕包的工艺简单，但绕包层有间隙、不连续，影响了对电缆的保护和密封。 采用丁腈橡胶做保护层和填充层后，无法做到一次绕包成型，因此我们利用丁腈橡胶材料的加工特性，先用生胶条进行绕包，然后用模具进行硫化、成型，使填充、包覆的目的同时达到，丁腈

26、橡胶硫化后形成连续护套，这样就大大提高了电缆的保护性和密封性 。 同时由于保护层与填充层是靠模具成型、一体的，因此电缆铠装后外形尺寸可以做到均匀过渡。绕包丁腈胶片绕包丁腈胶片对丁腈橡胶护套硫化对丁腈橡胶护套硫化 改进后圆电缆根部密封对比图改进后圆电缆根部密封对比图 硫化后连接包（外边绕硫化后连接包（外边绕一层高模带）一层高模带）改进后成品改进后成品改进后成品改进后成品小结小结 1 1、改进前后的的圆扁电缆连接工艺流程对比：、改进前后的的圆扁电缆连接工艺流程对比： 按工艺尺寸剥芯线冷冷压压对对焊焊机机连连接接导导体体绕包绝缘层绕绕包包丁丁腈腈橡橡胶胶条条整整型型硫硫化化绕包铠皮处理接头整理准备工

27、作按工艺尺寸剥芯线压紧铜套连接导体绕包绝缘层加填充绳整型绕包保护层绕包铠皮处理接头整理准备工作改进前改进前改进后改进后 2 2、改进后的圆扁连接电缆结构如下图：改进后的圆扁连接电缆结构如下图： 1 1 扁电缆 2、9氟橡胶垫 3丁腈护套 4高温太氟隆带 5高膜太氟隆带 6铠皮 7圆电缆 8芯线垫 图21 剖面图 制图人：简东制图人：简东3 3、现圆扁电缆连接工艺具有如下优点：、现圆扁电缆连接工艺具有如下优点：2. 冷压对焊机对接导体减小了连接包处的电缆外径，降低了电缆下井过程中的冷压对焊机对接导体减小了连接包处的电缆外径，降低了电缆下井过程中的质量隐患；质量隐患； 1. 在引接电缆（扁电缆）端

28、部加装在引接电缆（扁电缆）端部加装2 2个氟橡胶垫，氟橡胶具有很强耐高温、耐个氟橡胶垫，氟橡胶具有很强耐高温、耐腐蚀性能，经过紧压，与电缆保护层融为一体，能阻隔外部液体和气体的进入，腐蚀性能，经过紧压，与电缆保护层融为一体，能阻隔外部液体和气体的进入，很好的保护电缆连接包；很好的保护电缆连接包； 4.电缆铠装层连接完整，光滑过渡；电缆铠装层连接完整，光滑过渡； 3. 采用耐油性、耐腐蚀性好的丁腈橡胶作为填充、保护材料，填充层、护套层采用耐油性、耐腐蚀性好的丁腈橡胶作为填充、保护材料，填充层、护套层一体，连续护套提高对电缆的保护；一体，连续护套提高对电缆的保护； 5.电缆连接处牢靠、安全、耐用。电缆连接处牢靠、安全、耐用。 十、实施效果十、实施效果1 1、目标完成情况、目标完成情况 此项技术改进完成后生