一种耐高温耐油电缆及其制备方法与应用与流程

本技术涉及特种电缆，特别涉及一种耐高温耐油电缆及其制备方法与应用。

背景技术：

1、石油井的井内温度达150℃~200℃，介质中含有原油、盐水及硫化氢等腐蚀性组分，对高分子材料具有明显的溶胀、降解与渗透侵蚀作用；在上述工况下，电缆长期处于高温、高腐蚀介质环境中；同时，电缆在起下作业及抽油机往复运行过程中，需承受反复拉伸、挤压与弯曲载荷，易引发绝缘层开裂、界面分层及机械疲劳。

2、现有潜油泵电缆绝缘体系多采用单一材质，如三元乙丙橡胶或聚丙烯，虽具有一定耐温性能，但在长期高温与油气介质协同作用下，易发生热氧老化、交联结构劣化及油溶胀，导致绝缘强度衰减、机械性能下降，难以满足深井工况的长期服役要求。部分产品采用聚酰亚胺-f46复合薄膜绕包结构，虽耐温等级较高，但工艺复杂、成本高，且薄膜层间易形成气隙，在交变电场作用下易引发局部放电，最终造成绝缘击穿。

3、现有技术中虽提出在铠装间隙填充聚合物的改进方案，但仅侧重于外部防护结构，未从绝缘材料体系与结构设计层面解决多场耦合条件下的长期稳定性问题，无法同时兼顾耐温、耐油、绝缘及机械性能。

技术实现思路

1、本技术是鉴于上述问题而进行的，其目的在于，提供一种耐高温耐油电缆，该电缆的长期稳定性好。

2、具体如下，

3、本技术的第一方面提供了一种耐高温耐油电缆，包括导体、内绝缘层、外绝缘层、阻水层、复合护套层和联锁铠装层；

4、所述内绝缘层的交联剂用量高于外绝缘层；

5、所述复合护套层的制备原料包括氯磺化聚乙烯橡胶和聚四氟乙烯微粉；

6、所述内绝缘层的制备原料包括改性氮化硼；

7、所述改性氮化硼的制备方法包括以下步骤：

8、将氮化硼与乙烯基离子液体、丙烯酸酯和引发剂混合反应。

9、根据本发明的耐高温耐油电缆，至少具有如下有益效果：

10、1.本发明通过内外层交联剂差异化配比形成梯度交联结构，内层保证高温尺寸稳定性与介电性能，外层兼具柔韧性、耐油性与阻燃性，双层硫化后界面化学键合紧密，无分层缺陷。

11、2.内绝缘中加入改性氮化硼，既可提升导热散热能力，又能阻碍氧气渗透，明显延长热氧老化寿命。

12、3.复合护套层采用氯磺化聚乙烯与聚四氟乙烯微粉共混体系，有效提升耐刮擦与耐油溶胀性能。

13、根据本发明的一些实施例，所述内绝缘层的交联剂用量高于外绝缘层的交联剂用量是指，在基料用量相同情况下，交联剂的用量较高。

14、根据本发明的一些实施例，所述改性氮化硼的制备方法包括以下步骤：

15、s1、将氮化硼分散到溶剂中得到第一混合液；

16、s2、向第一混合液中加入乙烯基离子液体、丙烯酸酯和引发剂混合反应。

17、根据本发明的一些实施例，所述溶剂为无水乙醇或n,n-二甲基甲酰胺中的至少一种。

18、根据本发明的一些实施例，所述分散时间为30min~60min。

19、根据本发明的一些实施例，所述乙烯基离子液体为1-乙烯基-3-乙基咪唑双（三氟甲磺酰）亚胺。

20、根据本发明的一些实施例，所述丙烯酸酯为乙二醇二甲基丙烯酸酯、乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯中的至少一种。

21、根据本发明的一些实施例，所述丙烯酸酯为乙二醇二甲基丙烯酸酯。

22、根据本发明的一些实施例，所述引发剂为偶氮二异丁腈、2,2'-偶氮双（2,4-二甲基戊腈）和偶氮二异丁酸二甲酯中的至少一种。

23、根据本发明的一些实施例，所述引发剂为偶氮二异丁腈。

24、根据本发明的一些实施例，所述氮化硼与乙烯基离子液体的质量比为1:0.2-0.5。

25、根据本发明的一些实施例，所述氮化硼与丙烯酸酯的质量比为1:0.04~0.05。

26、根据本发明的一些实施例，所述氮化硼与引发剂的质量比为为1:0.015~0.025。

27、根据本发明的一些实施例，所述步骤s2中的反应气氛为氮气。

28、根据本发明的一些实施例，所述步骤s2中的反应时间为6h~12h。

29、根据本发明的一些实施例，所述步骤s2中的反应温度为70℃~80℃。

30、离子液体单体在氮化硼表面发生原位聚合，形成聚离子液体包覆层。通过离子液体单体在氮化硼表面原位聚合形成聚离子液体包覆层，可显著改善氮化硼的表面极性与界面相容性，使其在三元乙丙橡胶基体中分散更均匀、无团聚，既能充分发挥氮化硼高导热、片层阻隔的优势，又能增强填料与橡胶基体的界面结合力，减少界面缺陷；所形成的导热通路更连续，进一步提升绝缘层导热散热效率，同时强化对氧气与热介质的屏蔽作用，显著抑制热氧老化，使电缆在长期高温工况下仍保持稳定的力学性能与电气绝缘性能，延长使用寿命。

31、根据本发明的一些实施例，所述内绝缘层包括以下质量份数的原料：基料100份，交联剂3.5份~4.5份，助交联剂1.2份~1.8份，改性氮化硼8份~12份。

32、根据本发明的一些实施例，所述内绝缘层中的基料为三元乙丙橡胶。

33、根据本发明的一些实施例，所述内绝缘层中的交联剂为过氧化二异丙苯。根据本发明的一些实施例，所述内绝缘层中的助交联剂为三烯丙基异氰脲酸酯。

34、根据本发明的一些实施例，所述内绝缘层中的改性氮化硼的d50为45nm~55nm。

35、在内绝缘层中添加改性氮化硼，不仅提高了导热系数，而且其片层结构阻碍了高温下氧气的渗透，大幅提升了热氧老化寿命。

36、若内绝缘层中的交联剂用量低于3.5份，则梯度效应减弱，内外层交联度差异过小，无法形成有效的力学缓冲界面，导致在高温老化后，内层分子链易滑移，抗张强度保留率急剧下降。若交联剂用量高于4.5份，则内层交联度过高，材料变脆，低温弯曲时易出现开裂。

37、根据本发明的一些实施例，所述外绝缘层包括以下质量份数的原料：基料100份，改性剂25份~42份，交联剂2.5份~3.0份，抗氧化剂1.25份~2.8份，阻燃剂50份~70份。

38、根据本发明的一些实施例，所述外绝缘层中的基料为乙烯-醋酸乙烯酯共聚物。

39、根据本发明的一些实施例，所述乙烯-醋酸乙烯酯共聚物中的醋酸乙烯酯含量为35%~45%。

40、根据本发明的一些实施例，所述外绝缘层中的改性剂为线性低密度聚乙烯。

41、线性低密度聚乙烯具有良好的加工流动性、低温韧性、机械强度与电绝缘性能，能够改善乙烯-醋酸乙烯酯共聚物基体的挤出成型性、力学强度与尺寸稳定性，提升绝缘层的耐温性、耐环境应力开裂性与电气绝缘性能，与体系中其他组分相容性良好，保证双层共挤成型与硫化界面稳定。

42、根据本发明的一些实施例，所述外绝缘层中的交联剂为过氧化二异丙苯。

43、根据本发明的一些实施例，所述外绝缘层中的抗氧化剂为四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯。

44、根据本发明的一些实施例，所述外绝缘层中的阻燃剂为氢氧化镁。

45、根据本发明的一些实施例，所述复合护套层包括以下质量份数的原料：基料100份，补强剂25份~35份，增塑剂12份~18份，耐油改性剂5份~10份，硫化剂1.5份~2.5份。

46、根据本发明的一些实施例，所述复合护套层中的基料为氯磺化聚乙烯橡胶。

47、根据本发明的一些实施例，所述复合护套层中的补强剂为气相法白炭黑。

48、根据本发明的一些实施例，所述复合护套层中的增塑剂为偏苯三酸三辛酯。

49、根据本发明的一些实施例，所述复合护套层中的耐油改性剂为聚四氟乙烯微粉。

50、根据本发明的一些实施例，所述复合护套层中的硫化剂为n,n-间苯撑双马来酰亚胺。

51、根据本发明的一些实施例，所述复合护套层中的聚四氟乙烯微粉的d50为3μm~7μm。

52、在氯磺化聚乙烯护套中加入ptfe微粉，利用其极低的表面能和优异的润滑性，使护套表面摩擦系数大幅降低，且ptfe微粉在橡胶基体中形成自润滑分散相作用，显著提高了护套的耐刮擦和耐油溶胀性能。

53、若护套中耐油改性剂的用量低于5份，则耐油体积膨胀率超过35%，且护套表面摩擦系数大，在井下与套管摩擦易损坏。若用量高于10份，耐油改性剂与基料相容性变差，挤出时表面粗糙，且拉伸强度下降明显。

54、根据本发明第二方面的一种包括上述耐高温耐油电缆的制备方法，包括以下步骤：

55、在经过处理的导体外侧依次成型内绝缘层、外绝缘层、阻水层，复合护套层和联锁铠装层。

56、根据本发明的一些实施例，所述耐高温耐油电缆的制备方法，包括以下步骤：

57、步骤一、导体处理：选用紧压绞合镀锡退火铜导体，表面涂覆环氧型增粘剂，形成粘接层；

58、步骤二、双层共挤包覆：将内绝缘层和外绝缘层材料通过同步挤出工艺包覆在导体表面；

59、步骤三、连续硫化：对挤包后的线芯采用饱和水蒸汽连续硫化处理得到单根绝缘线芯；

60、步骤四、成缆与阻水层绕包：将若干绝缘线芯绞合成缆芯，外绕包半导电阻水膨胀带；

61、步骤五、护套挤出与硫化：将复合护套层材料挤出包覆在阻水层外，经盐浴硫化。

62、步骤六、联锁铠装：在护套外绕包镀锌钢带，采用联锁铠装结构。

63、根据本发明的一些实施例，所述步骤二中，内绝缘层的挤出温度为90℃~110℃。

64、根据本发明的一些实施例，所述步骤二中，外绝缘层的挤出温度为105℃~125℃。

65、内绝缘层通过较高的过氧化二异丙苯含量，在硫化后形成高交联密度网络，保证高温下的弹性与电气稳定性；外绝缘层采用较低的过氧化二异丙苯含量，形成中交联密度网络。外绝缘层富含极性乙烯-醋酸乙烯酯共聚物和氢氧化镁，可以提供优异的耐油性和阻燃性。

66、根据本发明的一些实施例，所述步骤三中，饱和水蒸汽处理的压力为2.0mpa~2.5mpa。

67、根据本发明的一些实施例，所述步骤三中，饱和水蒸汽处理的温度为195℃~205℃。

68、根据本发明的一些实施例，所述步骤三中，硫化过程的线速度为15m/min~25m/min。

69、通过调节线速度在15m/min~25m/min区间内，使内外层在交联动力学上形成梯度匹配，实现界面融合无缺陷。

70、根据本发明的一些实施例，所述步骤五中，盐浴硫化的温度为230℃~240℃。

71、根据本发明的一些实施例，所述步骤六中，在铠装内径与护套外径之间预留0.75mm±0.25mm的间隙。

72、通过在铠装内径与护套外径之间预留0.75mm±0.25mm的间隙，形成浮动铠装结构，以提供径向抗挤压性能和弯曲挠性。

73、根据本技术的第三方面的一种包括上述耐高温耐油电缆的应用，包括上述任意一项所述耐高温耐油电缆或所述制备方法得到的耐高温耐油电缆在石油井下开采、潜油电泵供电、井筒动力传输及高温高压油气井工况领域的应用。