防噴器膠芯用丁晴橡膠材料在極限高低溫條件下的評價方法

2023-10-29 22:52:47

防噴器膠芯用丁晴橡膠材料在極限高低溫條件下的評價方法
【專利摘要】本發明公開了一種防噴器膠芯用丁晴橡膠材料在極限高低溫條件下的評價方法，涉及鑽井井控裝備防噴器膠芯質量及可靠性的評價方法【技術領域】。其步驟為：1）研究防噴器膠芯用丁腈橡膠材料在常溫狀態下的物理性能，進行質量及性能參數評價，獲取防噴器膠芯用丁晴橡膠材料的基本數據；2）研究防噴器膠芯用丁腈橡膠材料在極限高溫、極限低溫情況下的各項性能指標變化情況並進行結構分析；3）研究防噴器膠芯用丁腈橡膠材料在高溫環境以及高溫到極限低溫交變環境下的老化性能。本評價方法，將健全極限高低溫環境下防噴器膠芯用丁晴橡膠材料的質量控制指標和評價體系。
【專利說明】防噴器膠芯用丁晴橡膠材料在極限高低溫條件下的評價方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及鑽井井控裝備防噴器膠芯質量及可靠性的評價方法【技術領域】。
【背景技術】
[0002]防噴器是勘探開發高壓油氣井，防止井噴事故發生和平衡壓力鑽井的關鍵井控設備，膠芯性能直接關係到整個井控系統的成敗。在現有油氣開採環境和要求下，尤其是我國西部、中亞等高寒地區以及川渝地區高含硫天然氣井，防噴器膠芯質量和有效壽命受到嚴峻考驗。
[0003]目前國際上防噴器非金屬零件只有ASTM D 2240:1997或ASTM D 1415:1994規定的硬度試驗方法；ASTM D 412:1998或ASTM D 1414:1994規定的法向應力應變性能試驗方法；ASTM D 395:1998或ASTM D 1414:1994規定的進行壓縮變形試驗；ASTM D 471:1998或ASTM D 1414:1994的規定進行浸沒試驗，但所有的這些標準均僅為方法試驗標準，無防噴器膠芯質量的具體控制標準。ASTM,全稱是American Society for Testing and Materials,系美國材料與試驗協會的英文縮寫。
[0004]在國標GB/T 20174-2006對防噴器材料要求中，對金屬材料明確了相關技術指標，然而對防噴器核心部件膠芯密封材料卻沒有明確的具體技術指標，只對其應用溫度等級進行了劃分，也未明確其在各溫度等級下應滿足的具體性能要求。因此，在實際操作過程中，這一現象使得具體質量安全監控難以有據可循和量化。雖然我國國內企業已開展防噴器的國產化工作，但是對防噴器關鍵元件膠芯的關鍵質量控制指標研究不夠深入，導致產品質量參差不齊，相比國外同類產品仍有較大差距，同時，對於應用領域來講，檢測機構缺乏相關極限條件下性能、可靠性和壽命的基礎數據及評價方法。

【發明內容】

[0005]本發明旨在針對上述現有技術所存在的缺陷和不足，提供一種防噴器膠芯用丁晴橡膠材料在極限高低溫條件下的評價方法，本評價方法，將健全極限高低溫環境下防噴器膠芯用丁晴橡膠材料的質量控制指標和評價體系，對防噴器核心部件膠芯密封材料提出明確的具體技術指標，對其應用溫度等級進行劃分，明確其在各溫度等級下應滿足的具體性能要求，這將有效確保防噴器的使用安全性，確保井控工作有效開展。
[0006]本發明是通過採用下述技術方案實現的:
一種防噴器膠芯用丁晴橡膠材料在極限高低溫條件下的評價方法，其特徵在於步驟
為:
1)研究防噴器膠芯用丁腈橡膠材料在常溫狀態下的物理性能，進行質量及性能參數評價，獲取防噴器膠芯用丁晴橡膠材料的基本數據；
2)研究防噴器膠芯用丁腈橡膠材料在極限高溫、極限低溫情況下的各項性能指標變化情況並進行結構分析，結合確保防噴器膠芯正常使用功能的性能指標及實際檢測情況，配合實驗，確定防噴器膠芯用丁晴橡膠材料在極限高低溫環境下的性能控制標準；
3)研究防噴器膠芯用丁腈橡膠材料在高溫環境以及高溫到極限低溫交變環境下的老化性能，測定防噴器膠芯用丁晴橡膠材料在老化過程中各項性能指標的變化情況及規律，判定滿足防噴器膠芯性能要求的耐老化性能，確定實驗方法及質量控制標準。
[0007]評價方法具體如下:針對防噴器膠芯用丁腈橡膠材料，先採用量熱分析、動態機械分析和紅外分析進行微觀結構表徵；然後配合硬度、拉伸、撕裂、壓縮、壓縮永久變形和耐液體質量體積變化的宏觀性能參數，再分溫度等級研究防噴器膠芯用丁腈橡膠材料的的玻璃化轉變溫度，分子鏈結構，力學性能及耐介質性能的變化，最後將玻璃化轉變溫度，分子鏈結構，力學性能和耐介質性能的變化同防噴器應用性能相聯繫，建立防噴器膠芯用丁腈橡膠材料各溫度等級下的關鍵技術指標，從而形成評價方法。
[0008]在本領域中，所述的極限高溫具體是指根據標準GB/T 20174-2006中的記載，確定非金屬密封材料的最高溫度等級G級為177°C。
[0009]在本領域中，所述的極限低溫具體是指根據標準GB/T 20174-2006中的記載，確定非金屬密封材料的溫低等級A級為-26°C。
[0010]所述的高溫環境是指在一個密閉空間內，充入120°C的熱空氣。
[0011]所述的高溫到極限低溫交變環境，具體是指將防噴器膠芯用丁腈橡膠材料從-26 V — 120 V — -26 V — 120 °C這樣的溫度環境下進行處理，再到120 V — -26 V — 120 V — -26 °C這樣的溫度環境下進行處理，再從-26 V — 120 V — -26 V — 120 °C這樣的溫度環境下進行處理，最後再從120°C— -260C- 120°C— _26°C這樣的溫度環境下進行處理，在每次處理時，每個溫度值下均放置12h並取樣對材料進行各項性能分析評價。
[0012]與現有技術相比，本發明所達到的有益效果如下:
1、應用現代分析測試技術研究了防噴器膠芯用丁腈橡膠材料在不同溫度等級下的物理性能變化及其老化過程，建立防噴器膠芯用丁腈橡膠材料各溫度等級下的關鍵技術指標及其評價方法，對現有SY/T5053.1-2000《地面防噴器及地面裝置》標準中附錄C中關於防噴器膠芯的性能指標進行了溫度等級劃分，涵蓋所有防噴器膠芯材料適用的全部溫域範圍(-260C?177°C)，填補了這一領域空白。
[0013]2、通過對腐蝕性鑽探環境模擬，研究了不同濃度、溫度及壓力硫化氫條件下防噴器膠芯用丁腈橡膠材料的老化過程、物理性能及結構變化，建立了防噴器膠芯用丁腈橡膠材料在硫化氫腐蝕環境下使用壽命預測的快速老化實驗模擬方法和檢測控制標準。通過快速實驗模擬，得到目前國內膠芯材料在不同壓力(7MPa、35MPa、70MPa)、溫度(121°C、177°C )、硫化氫濃度(5%、20%)環境下膠芯材料的性能跟蹤曲線，得到了防噴器膠芯材料硫化氫腐蝕環境下的性能變化基礎數據及其壽命預測方法，填補了國內空白。
【具體實施方式】
[0014]作為本發明的最佳實施方式，其公開了一種防噴器膠芯用丁晴橡膠材料在極限高低溫條件下的評價方法，其步驟為:
I)研究防噴器膠芯用丁腈橡膠材料在常溫狀態下的物理性能，進行質量及性能參數評價，獲取防噴器膠芯用丁晴橡膠材料的基本數據； 2)研究防噴器膠芯用丁腈橡膠材料在極限高溫、極限低溫情況下的各項性能指標變化情況並進行結構分析，結合確保防噴器膠芯正常使用功能的性能指標及實際檢測情況，配合實驗，確定防噴器膠芯用丁晴橡膠材料在極限高低溫環境下的性能控制標準；
3)研究防噴器膠芯用丁腈橡膠材料在高溫環境以及高溫到極限低溫交變環境下的老化性能，測定防噴器膠芯用丁晴橡膠材料在老化過程中各項性能指標的變化情況及規律，判定滿足防噴器膠芯性能要求的耐老化性能，確定實驗方法及質量控制標準。
[0015]評價方法具體如下:針對防噴器膠芯用丁腈橡膠材料，先採用量熱分析、動態機械分析和紅外分析進行微觀結構表徵；然後配合硬度、拉伸、撕裂、壓縮、壓縮永久變形和耐液體質量體積變化的宏觀性能參數，再分溫度等級研究防噴器膠芯用丁腈橡膠材料的的玻璃化轉變溫度，分子鏈結構，力學性能及耐介質性能的變化，最後將玻璃化轉變溫度，分子鏈結構，力學性能和耐介質性能的變化同防噴器應用性能相聯繫，建立防噴器膠芯用丁腈橡膠材料各溫度等級下的關鍵技術指標，從而形成評價方法。
[0016]在本領域中，所述的極限高溫具體是指根據標準GB/T 20174-2006中的記載，確定非金屬密封材料的最高溫度等級G級為177°C。
[0017]在本領域中，所述的極限低溫具體是指根據標準GB/T 20174-2006中的記載，確定非金屬密封材料的溫低等級A級為-26°C。
[0018]所述的高溫環境是指在一個密閉空間內，充入120°C的熱空氣。
[0019]所述的高溫到極限低溫交變環境，具體是指將防噴器膠芯用丁腈橡膠材料從-26 V — 120 V — -26 V — 120 °C這樣的溫度環境下進行處理，再到120 V — -26 V — 120 V — -26 °C這樣的溫度環境下進行處理，再從-26 V — 120 V — -26 V — 120 °C這樣的溫度環境下進行處理，最後再從120°C— -260C- 120°C— _26°C這樣的溫度環境下進行處理，在每次處理時，每個溫度值下均放置12h並取樣對材料進行各項性能分析評價。
[0020]本方法的建立和實施，將健全極限高低溫環境下防噴器膠芯材料的質量控制指標和評價體系，對防噴器核心部件膠芯密封材料提出明確的具體技術指標，對其應用溫度等級進行劃分，明確其在各溫度等級下應滿足的具體性能要求，這將有效確保防噴器的使用安全性，確保井控工作有效開展。在實際操作過程中，本方法的建立和實施使得具體質量安全監控可以有據可循和量化。
【權利要求】
1.一種防噴器膠芯用丁晴橡膠材料在極限高低溫條件下的評價方法，其特徵在於步驟為: 1)研究防噴器膠芯用丁腈橡膠材料在常溫狀態下的物理性能，進行質量及性能參數評價，獲取防噴器膠芯用丁晴橡膠材料的基本數據； 2)研究防噴器膠芯用丁腈橡膠材料在極限高溫、極限低溫情況下的各項性能指標變化情況並進行結構分析，結合確保防噴器膠芯正常使用功能的性能指標及實際檢測情況，配合實驗，確定防噴器膠芯用丁晴橡膠材料在極限高低溫環境下的性能控制標準； 3)研究防噴器膠芯用丁腈橡膠材料在高溫環境以及高溫到極限低溫交變環境下的老化性能，測定防噴器膠芯用丁晴橡膠材料在老化過程中各項性能指標的變化情況及規律，判定滿足防噴器膠芯性能要求的耐老化性能，確定實驗方法及質量控制標準。
2.根據權利要求1所述的防噴器膠芯用丁晴橡膠材料在極限高低溫條件下的評價方法，其特徵在於:評價方法具體如下:針對防噴器膠芯用丁腈橡膠材料，先採用量熱分析、動態機械分析和紅外分析進行微觀結構表徵；然後配合硬度、拉伸、撕裂、壓縮、壓縮永久變形和耐液體質量體積變化的宏觀性能參數，再分溫度等級研究防噴器膠芯用丁腈橡膠材料的的玻璃化轉變溫度，分子鏈結構，力學性能及耐介質性能的變化，最後將玻璃化轉變溫度，分子鏈結構，力學性能和耐介質性能的變化同防噴器應用性能相聯繫，建立防噴器膠芯用丁腈橡膠材料各溫度等級下的關鍵技術指標，從而形成評價方法。
3.根據權利要求1所述的防噴器膠芯用丁晴橡膠材料在極限高低溫條件下的評價方法，其特徵在於:所述的極限高溫具體是指根據標準GB/T 20174-2006中的記載，確定非金屬密封材料的最高溫度等級G級為177°C。
4.根據權利要求1所述的防噴器膠芯用丁晴橡膠材料在極限高低溫條件下的評價方法，其特徵在於:所述的極限低溫具體是指根據標準GB/T 20174-2006中的記載，確定非金屬密封材料的溫低等級A級為-26°C。
5.根據權利要求1所述的防噴器膠芯用丁晴橡膠材料在極限高低溫條件下的評價方法，其特徵在於:所述的高溫環境是指在一個密閉空間內，充入120°C的熱空氣。
6.根據權利要求1所述的防噴器膠芯用丁晴橡膠材料在極限高低溫條件下的評價方法，其特徵在於:所述的高溫到極限低溫交變環境，具體是指將防噴器膠芯用丁腈橡膠材料從-26 V — 120 V — -26 V — 120 °C這樣的溫度環境下進行處理，再到120 V — -26 V — 120 V — -26 °C這樣的溫度環境下進行處理，再從-26 V — 120 V — -26 V — 120°C這樣的溫度環境下進行處理，最後再從120°C— -260C- 120°C— _26°C這樣的溫度環境下進行處理，在每次處理時，每個溫度值下均放置12h並取樣對材料進行各項性能分析評價。
【文檔編號】G01N33/44GK104034867SQ201410272406
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年6月18日 優先權日:2014年6月18日
【發明者】曾鍾, 張祥來, 劉輝, 江雨籬, 李萍, 喻建勝, 陳紹偉, 王振名 申請人:中國石油集團川慶鑽探工程有限公司