Что такое геофизический кабель?

В апреле 2025 года Михаил Мишустин подписал распоряжение об утверждении Энергетической стратегии РФ до 2050 года. В документе говорится об увеличении доли сложных запасов углеводородов как одном из вызовов нефтяной индустрии. Кроме традиционных, легкодоступных месторождений в РФ, нефтяникам приходится переходить на сложные проекты: трудноизвлекаемые углеводороды, поиск новой специфической ресурсной базы — глубоководный шельф, арктические территории.

Чтобы достоверно распознать структуру и состав пород, оценить концентрацию химических элементов на основе измерительных экспериментов, геофизики проводят разведку и разработку месторождений. Одним из инструментов разведки является геофизический кабель.

Это кабель с определенным набором характеристик, передатчик информации и питания приборов от низа (скважинной аппаратуры) к поверхности месторождения. По всей глубине скважины залегают неоднородные пласты. Cама скважина – градиентная система различных параметров, которые изменяются с глубиной. Прежде чем добывать нефть, газ или воду, необходимо исследовать скважину и измерить пористость, плотность пород, их размер, минералогический состав пласта, наличие полостей, концентрацию хлора и других веществ, и, наконец, наличие и объём полезного ископаемого.Это кабель с определенным набором характеристик, передатчик информации и питания приборов от низа (скважинной аппаратуры) к поверхности месторождения. По всей глубине скважины залегают неоднородные пласты. Cама скважина – градиентная система различных параметров, которые изменяются с глубиной. Прежде чем добывать нефть, газ или воду, необходимо исследовать скважину и измерить пористость, плотность пород, их размер, минералогический состав пласта, наличие полостей, концентрацию хлора и других веществ, и, наконец, наличие и объём полезного ископаемого.

Главная особенность геофизического кабеля в том, что он одновременно является электрической линией передачи информации и высокопрочным грузовым тросом (грузонесущий кабель). Основная характеристика кабеля — способность держать самого себя в вертикальных стволах, выдерживать не только свою массу, но и груз приборов, подвешенных к его концу. Кабель работает в достаточно суровых условиях самой скважины. Он должен выдерживать нагрузки от резких толчков, воздействие промывочной жидкости, давление на разных границах пластов (от десятков атмосфер до тысяч), в зависимости от глубины скважины. Глубина скважины, в среднем, бывает от 2 500 м до 4 000 м. Встречаются скважины 5 000 м, в редких случаях доходит до 10 000 м.

Применение в различных областях

Геофизические кабели, или как их называют кабельщики «геофиз», являются важной частью в цепочке передачи данных в скважинной, межскважинной, сейсмической разведке. Грузонесущие бронированные геофизические (каротажные) кабели предназначены для температур эксплуатации 90℃, 150℃, 200℃ и 260℃. Именно такая температура бывает в недрах Земли, из которых осуществляется добыча нефти, газа, пресной воды, руды. Чем больше глубина, тем выше температура. Также «геофиз» применяется при сейсмологических разведках – полевых геофизических работах. С теми же или схожими характеристиками используется при шельфовой и морской добыче.

В последние годы растет тенденция использования геофизических кабелей для сбора данных о поверхности Земли. Эти данные затем используются для создания моделей и карт скрытых особенностей Земли.

Геофизический кабель может работать в любом регионе – от Африки до Крайнего Севера и Арктики.

Структура и компоненты геофизического кабеля

Описание конструкции (внешняя оболочка, проводники, экраны)

Разделение по количеству жил

Материалы, из которых изготавливаются геофизические кабели

Практически все кабели имеют схожую конструкцию и общие элементы.

Типовые конструкции одно-, трех-, и семижильных геофизических кабелей представлены на рис. 1

1. — токопроводящая жила
2. — изоляция
3. — заполнитель
4. — обмотка
5. — первый повив брони
6. — второй повив брони

Основной элемент токопроводящих жил (ТПЖ) – мягкая медная проволока. Токопроводящие жилы должны быть скручены из 7 или 19 проволок (сечение от 0,12 до 6 мм2). Выбор количества элементарных проволок обусловлен получением геометрически правильной повивной скрутки сердечника, когда во внешнем повиве количество проволок на 6 больше, чем во внутреннем. Скрутка сердечника проводится по системе (1+6) или (1+6+12).

Самые ходовые кабели одно- и трехжильные.

Кроме медных проволок в конструкции токопроводящей жилы применяются:

СМ – сталемедная токопроводящая жила. Применяется в кабелях для перфорационных работ в скважинах. При 7-проволочной конструкции ТПЖ стальные и медные проволоки скручиваются в одном повиве, при применении 19-проволочной ТПЖ медные и стальные проволоки расположены в отдельных повивах.
МЛ – ТПЖ из медной луженой проволоки.
МН – ТПЖ из медной никелированной проволоки. Применима для высокотемпературных кабелей с изоляцией из фторполимеров для предотвращения окисления меди под действием высоких температур.
С – ТПЖ из стальных проволок.

Изоляция ТПЖ геофизических кабелей определяет температурную стойкость кабеля. В настоящее время для изоляции применяются: полиэтилен различных модификаций, блоксополимер пропилена с этиленом (полипропилен).

Проволочная броня

Геофизический кабель имеет броню из нескольких слоев круглых оцинкованных проволок, уложенных в повивы. Проволочной броне уделяется особое внимание, поскольку это элемент, обеспечивающий работоспособность кабеля.

Поверх основной изоляции может применяться защитная оболочка из:

• Полиэтилена
• полипропилена

Выбор материалов обусловлен спецификой применения геофизических кабелей:

• Необходимость работы в полевых условиях
• Проведение различных исследований внутри скважины
• Выполнение взрывных работ
• Эксплуатация в сложных климатических условиях

Данные материалы обеспечивают:

• Механическую прочность
• Устойчивость к температурным воздействиям и агрессивным средам
• Долговечность при эксплуатации
• Необходимую гибкость кабеля

Типы геофизических кабелей

Марки, основные параметры и размеры

В зависимости от преимущественной области применения и конструкции кабели делятся на:

КГ – кабель геофизический, грузонесущий, общего применения / с армированной оболочкой / жесткий для исследования наклонных и горизонтальных скважин
КГСв – кабель геофизический, грузонесущий для свабирования;
КГК – кабель геофизический, грузонесущий, бронированный, с одной коаксиальной парой;
КГл – кабель геофизический, грузонесущий для работы через лубрикатор;
КГнАП – кабель геофизический, грузонесущий, бронированный круглого сечения для устройств компенсации тепловых потерь (нагревательный)

Характеристики и особенности геофизических кабелей

Электрические и механические свойства (сопротивление, прочность, гибкость)

Устойчивость к внешним воздействиям (температура, влажность, химические вещества)

Изоляционные материалы и их значение для долговечности и безопасности

Кабель должен обладать высокой разрывной прочностью на большой строительной длине, соответствующей глубине скважины. Нормированное разрывное усилие кабеля указано в его марке и имеет размерность кН (килоньютоны). Килоньютон — сила, изменяющая за 1 секунду скорость тела массой 1кг на 1м/с в направлении действия силы (1кН = 101.97кгс).

Разрывное усилие – один из важных показателей, которые обязательно должны выдерживать геофизические кабели. «СКТ Групп» выпускает кабели с разрывным усилием от 5 до 200 кН. Это та наименьшая нагрузка, при которой кабель начинает разрушаться.

Электрическое сопротивление постоянному току токопроводящей жилы имеет прямое влияние на качество и скорость передачи сигнала. Чем меньше сопротивление, тем меньше помех будет возникать. Для одножильных, 3-хжильных и 7-мижильных проводов КГ сечением 0,75 мм сопротивление не должно превышать 25,5 Ом/км, для кабеля с сечением жилы 1,5 мм – не больше 13,2 Ом/км.

Какой груз выдерживает геофизический кабель? Самые стандартные ходовые кабели (одножильные и трехжильные) держат от 3 и до 9-12 тонн.

Температурную стойкость кабеля в основном определяет материал изоляции токопроводящих жил геофизического кабеля. В настоящее время применяются полиэтилен и полипропилен.

Технологические особенности производства геофизических кабелей

Производство геофизического кабеля является простым, и, в то же время, сложным по словам кабельщиков. Оно в корне отличается от производства кабеля силового крупных, мелких сечений.

Изготовление кабеля — это длинная цепочка операций, которая опирается на строгое соблюдение технологии изготовления. Качество кабеля достигается, в том числе, благодаря входному контролю применяемых материалов, межоперационному контролю после каждой технологической операции и приемосдаточным испытаниям в соответствии с ГОСТ 31944-2012. Особенностью технологического процесса является стабильность оборудования в процессе работы, настройка преформации проволок брони, что не под силу новичкам в кабельной профессии.

К особым требованиям изолированной токопроводящей жилы следует отнести повышенную точность поддержания диаметра по всей длине. Существующий на предприятии допуск на диаметр изолированной ТПЖ составляет ±0,02 мм для жилы или ±0,05 мм для сердечника, т.е. менее 1%. Только такая точность заготовки позволяет получить плотную, качественную броню кабеля.

Все проволоки брони перед укладкой их в повив кабеля подвергаются предварительной деформации с целью получения из них геометрически правильной винтовой линии, основными параметрами которой являются высота и шаг получаемой спирали. Методики расчета спирали и применяемое для этого устройство описаны в патенте РФ №41464 «Устройство формирования проволочной спирали». Применение устройства позволяет легко получить требующиеся параметры спирали для конкретного кабельного изделия. «СКТ Групп» используюет подобную технологию получения заданных свойств кабеля с помощью предварительной преформации проволок брони, а не традиционно применяемых для этих целей рихтовочных и правильных устройств, на которых уже готовый кабель подвергается механическим воздействиям для получения требуемых технических параметров. На нашем производстве за одну операцию накладывается сразу два повива брони. После этого кабель растягивается на 30 – 60% от разрывного. Так происходит стабилизация кабеля для его предварительной вытяжки и снижения коэффициента относительного удлинения.

Только опыт и профессионализм помогает достигать строительных длин до 10 000 метров.

За долгие годы сформировался костяк основных профессий по изготовлению геокабеля, и эти люди внесли множество предложений по улучшения качества, новых разработок улучшения работы оборудования.

На производство 1 км кабеля в среднем используется 15 кг меди.

Современные тенденции в развитии геофизических кабелей

Ученые сходятся во мнении, что без высокоточных эталонных скважинных измерений и научно-обоснованных методик невозможна модернизация российского геофизического комплекса. Кабельщики считают, что будущее, определенно, за применением оптоволоконных кабелей.

Аппаратура и качество оптоволоконных трубок сейчас не может дать максимальную точность и охват параметров. На сегодняшний день разрабатываются новые регистраторы, в ближайшем будущем могут быть расширены количество измеряемых параметров и точность, введены эталонные базы с государственным статусом, разработаны стандарты на типовые методики измерений.

Для эффективного управления скважиной и добычей нефти, газа необходимо понимание гидродинамики — параметров, которые есть в скважине: температура, давление, наличие и количество нефти, газа и т.д. Чем данные из скважины точнее, тем больше и эффективнее можно добыть полезных ископаемых.

Геофизический оптоволоконный кабель, по сути, и есть сам прибор. За счет этого возможно получение точных параметров: съемки термометрии, получение данных одновременно в онлайн-режиме и в каждой точке по глубине. Отпадает необходимость извлекать кабель для получения данных.

Регионы добычи в РФ – Башкирия, Татарстан, г. Октябрьский, Альметьевск, Уфа. Все знаменитые деятели в области геофизики работали в этих городах. Минприроды РФ планирует на 2025 год старт геологоразведочных работ сразу на 10 объектах в рамках 2 этапа проекта «Геология: возрождение легенды». В РФ на сегодняшний день действует государственная программа «Воспроизводство и использование природных ресурсов», согласно которой разведывать углеводороды будут на перспективных площадках Сибири, Дальнего Востока, Урала, на шельфе.

Профильной площадкой для геофизиков в России является ежегодная Конференция Научно-практическая конференция им. Лаптева В.В. Главной темой мероприятия являются вопросы дальнейшего развития российского геофизического комплекса с выходом на мировой рынок геофизических услуг. Участники обсуждают возможности новой геофизической техники и технологий для освоения залежей, в том числе, с трудноизвлекаемыми запасами нефти, газа, воды и других ископаемых.

Заключение

Разведанных запасов нефти в России, по словам главы Минприроды РФ, хватит на 65 лет, газа — на 100, угля – на 500 лет. В современных условиях развития нефтегазовой отрасли геофизический кабель становится ключевым элементом для проведения исследований скважин и добычи углеводородов. Надежность и долговечность кабельной продукции приобретают первостепенное значение, учитывая экстремальные условия эксплуатации на глубине до 7 километров при температурах и агрессивной среде, характерных для нефтегазовых месторождений.

Анализ текущего состояния рынка показывает, что российские производители, такие как завод «СКТ Групп», занимают лидирующие позиции в сегменте геофизических кабелей. Высокое качество продукции подтверждается десятилетним сроком службы кабелей, что значительно превосходит показатели аналогов от других производителей.

Технологическое преимущество «СКТ Групп» заключается в глубоком понимании специфики отрасли и многолетнем опыте производства. Особое значение имеет способность компании создавать продукцию, которая не просто соответствует текущим требованиям отрасли, но и опережает их, обеспечивая надежную работу в самых сложных условиях эксплуатации.

Таким образом, качественное производство геофизических кабелей остается ключевым фактором успешного развития нефтегазовой отрасли, а «СКТ Групп» демонстрирует способность не только удовлетворять текущие потребности рынка, но и формировать его будущее развитие.