20世紀(jì)70年以來，逐漸發(fā)展出了多種不同的安裝方式。采用替代技術(shù)的系統(tǒng)包括電纜懸浮電潛泵系統(tǒng)、內(nèi)部電纜聯(lián)系油管部署電潛泵系統(tǒng)，以及臍帶纜系統(tǒng)。然而每個(gè)系統(tǒng)卻都有各自的限制，未能被大范圍推廣?，F(xiàn)有技術(shù)的應(yīng)用限制主要來自于對(duì)安全的考慮：難以找到能夠承受腐蝕環(huán)境的合適材料、井下電氣接頭的不確定性以及安裝與收回的限制。
依據(jù)不同系統(tǒng)的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，沙特阿拉伯對(duì)電潛泵設(shè)計(jì)重新進(jìn)行了思考，開發(fā)一套能夠長時(shí)間應(yīng)用于含硫環(huán)境的新型電潛泵系統(tǒng)。這其中，主要的挑戰(zhàn)之一在于設(shè)計(jì)出緊湊、抗硫的電纜。所用材料必須足夠堅(jiān)固，能承受銅線以及電潛泵系統(tǒng)的重力，同時(shí)還要能夠抵抗高濃度H2S。電纜自身必須緊湊，最大程度地降低兩端壓差。該技術(shù)最終還需要簡便到能夠可靠經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。
負(fù)載測試
測試目的
金屬夾套電纜設(shè)計(jì)在于將傳統(tǒng)電潛泵電纜安裝在夾套內(nèi)，再對(duì)金屬夾套進(jìn)行焊接固定，焊接工藝在可靠環(huán)境下完成以確保焊接質(zhì)量。電潛泵電纜在焊接前送入夾套內(nèi)。焊接完成后，夾套與電纜間通過過盈配合固定。負(fù)載測試用于確定電纜與夾套間最佳的過盈量，以保證作業(yè)過程中兩個(gè)部件之間的支持。
測試準(zhǔn)備與程序
將幾十英尺長的金屬夾套拉伸至不同直徑，以實(shí)現(xiàn)夾套與電纜間不同的過盈量。然后在電纜有負(fù)載的情況下對(duì)夾套施加約束力，直到其開始移動(dòng)。多次重復(fù)此過程以得出固位力。
測試結(jié)果
最終找出最佳的固位力500磅/英尺。這樣就能為電潛泵電纜提高足夠的約束力，同時(shí)又不會(huì)對(duì)其施加多余的應(yīng)力。
彎折循環(huán)/疲勞測試
測試目的
金屬夾套電纜設(shè)計(jì)，能夠通過使用改裝的連續(xù)油管設(shè)備來對(duì)電潛泵進(jìn)行安裝。
安裝期間，電纜一直受到低周疲勞的影響，與連續(xù)油管類似。彎曲/疲勞測試可用于確定電纜的失效機(jī)理以及使用壽命—計(jì)劃將電纜重復(fù)利用。
測試準(zhǔn)備與程序
鎳鉻鐵825管材的兩根8英尺長試樣設(shè)置好進(jìn)行測試，獲得疲勞壽命的基線數(shù)據(jù)。然后將試樣放置于36in彎曲成型半徑的彎曲裝置內(nèi)；其它試樣與縱向焊縫走向一致。全部試樣均加載500psi內(nèi)部壓力。全部試樣均折彎直至失效，失效定義為內(nèi)部壓力泄除。
測試結(jié)果
彎折疲勞測試得出，在測試環(huán)境下，電纜平均疲勞壽命為557個(gè)周期，也就意味著超過275次安裝和回收。當(dāng)出現(xiàn)橫紋形小孔時(shí)，兩個(gè)試樣均失效，均是始于外徑，通過疲勞而擴(kuò)張。
疲勞測試中測量的外徑與公稱值接近。檢測到的橢圓變形與鼓脹極低—橢圓變形為0.1%~0.4%；鼓脹為0.001”至0.009”。值得注意的是，上述結(jié)果顯示，由于825合金管材的低循環(huán)疲勞引發(fā)了尺寸的改變，在測試環(huán)境下，未超過連續(xù)油管作業(yè)能夠接受的最大值。
通過觀察測試結(jié)果發(fā)現(xiàn)，部分固體導(dǎo)體與絕緣皮被替代，這可能是由于測試中電纜被彎折，導(dǎo)致其內(nèi)部移動(dòng)而造成的。
未發(fā)生小孔相關(guān)的金屬材料異常。但觀察到更多的外部以及內(nèi)部疲勞開裂，對(duì)于疲勞測試來說，這是正常情況，一旦達(dá)到最大疲勞壽命，就會(huì)在多個(gè)部分發(fā)生疲勞開裂。
電氣完整性與電纜熱生長測試
測試目的
井下溫度遠(yuǎn)高于金屬夾套電纜制造時(shí)的溫度。電氣測試設(shè)計(jì)用于驗(yàn)證電纜在上述高溫下的電氣性能，電纜的熱循環(huán)同時(shí)用于驗(yàn)證系統(tǒng)的熱生長。
測試準(zhǔn)備與程序
準(zhǔn)備一根長8英尺的電纜式樣，測試更高溫度下的電氣性能。試樣內(nèi)每根導(dǎo)線之間以及導(dǎo)線與地面之間都用萬用表進(jìn)行電阻測試，然后加溫至30℉，測試重復(fù)5次后比較結(jié)果。熱循環(huán)后檢測是否發(fā)生變化，然后針對(duì)電纜的單個(gè)部件進(jìn)行詳細(xì)檢查。
備好一個(gè)10in試樣，用于熱生長試驗(yàn)，進(jìn)而測量電纜與導(dǎo)線在50℉、150℉與300℉下的增長。
測試結(jié)果
更高溫度下電氣性能測試的結(jié)果確認(rèn)，導(dǎo)線之間以及導(dǎo)體與地面之間的電阻均無下降，全部測試中，電阻均超過11京歐。對(duì)鎧裝、彈性電纜皮與導(dǎo)線絕緣進(jìn)行詳細(xì)分析，未觀察到任何損傷。
熱生長測試結(jié)果確認(rèn)，熱生長在材料熱脹預(yù)期系數(shù)（CoE）內(nèi)。825合金參考數(shù)據(jù)測量得到，CoE在-6.5%~0.6%之間。
剪切測試
測試目的
現(xiàn)場安裝或回收時(shí)，如果發(fā)生井控事故，則必須立刻激活防噴器，以避免烴類物質(zhì)泄漏。在上述情況下，應(yīng)使用防噴器切割電纜。進(jìn)行剪切測試的目的在于，確保防噴器能夠按照設(shè)計(jì)完成剪切。
測試準(zhǔn)備與程序
剪切閘板/密封防噴器閘板上部充滿水。將一段金屬夾套電纜試樣安裝在BOP內(nèi)。激活剪切閘板用于切斷電纜，記錄切斷需要的力和時(shí)間。切斷時(shí)間要短，以盡量降低烴類的泄漏。電纜割斷后，對(duì)防噴器試壓，包括200~300psi的低壓測試與15,000psi的高壓測試。
測試結(jié)果
防噴器剪切閘板的激活快速切斷了電纜，在30秒內(nèi)干凈地將電纜切為兩段。后續(xù)的水壓測試在150psi與15，000psi下都取得了成功。對(duì)剪切閥板與電纜的檢查發(fā)現(xiàn)，切割很整潔，且剪切閘板無損壞。
結(jié)論
嚴(yán)格的評(píng)價(jià)與測試程序，最終成功開發(fā)出新型電潛泵，其不但能夠用于高含硫環(huán)境，電潛泵本身的安裝與作業(yè)效率也得到了提升。相比于傳統(tǒng)鉆機(jī)安裝的電潛泵系統(tǒng)，金屬夾套電纜系統(tǒng)改善了安裝與回收的安全性，降低了作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。
研究發(fā)現(xiàn)，一種激光焊接非退火的825合金能夠滿足抗硫和抗氯化物的標(biāo)準(zhǔn)。金屬夾套電纜可同時(shí)滿足物理和電器要求，包括電纜的支撐力與抓力、彎折疲勞、電纜剪切與電氣連續(xù)性及電阻。
低含硫環(huán)境下，相對(duì)低成本材料測試失敗，將繼續(xù)尋找并測試新材料。目前正在研發(fā)一種替代材料，收集測試參數(shù)，去模擬非極端井下工況，希望能夠找到滿足所需機(jī)械強(qiáng)度和抗腐蝕性能要求的低價(jià)電纜材料。
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