ГОСТ Р ИСО 13628-4-2016. Национальный стандарт Российской Федерации. Нефтяная и газовая промышленность. Проектирование и эксплуатация подводных эксплуатационных систем. Часть 4. Подводное устьевое оборудование и фонтанная арматура

Приложение J

(справочное)

ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЕ ОТБОРОЧНЫЕ ИСПЫТАНИЯ МАТЕРИАЛОВ

J.1 Общие положения

При применении дистанционно управляемого оборудования для заканчивания скважин с подводным расположением устьев используется нагнетание химических добавок для улучшения характеристик потока скважинного флюида и замедления образования осадка и кристаллических структур, которые могут блокировать поток флюида вследствие усложнения самих месторождений и условий окружающей среды. Эти фирменные добавки, как правило, имеют химический состав, специально предназначенный для конкретных характеристик скважинного флюида. Настоящее приложение содержит стандартный набор процедур для проверки совместимости добавок с материалами применяемого подводного оборудования, для выявления случаев неблагоприятных результатов, при которых:

a) возможно снижение характеристик или разрушение металлических и неметаллических материалов, используемых для механизмов поддержания давления и герметизации;

b) возможно уменьшение общего проектного срока службы комплекса подводного оборудования.

В настоящем приложении приведены три уровня отбора. Уровень 1 идентифицирует возможные изменения химических и/или физических свойств выбранных материалов. Уровень 1 предполагается для предоставления общей информации, получаемой от поставщика и/или изготовителя химических реагентов. Уровень 2 предполагает выявление химических и/или физических изменений в неметаллических материалах, таких как набухание, при нахождении материала в замкнутом пространстве. Испытания на уровне 2 также используют более определенные концентрации и режимы работы, заданные конечным потребителем для конкретных условий эксплуатации. Результаты уровня 2 являются специальными и относятся к конкретному проекту, и могут быть перекрестно совместимы с другими опубликованными данными уровня 2. Уровень 3 является уровнем углубленных испытаний для определения полезного срока службы неметаллических материалов в присутствии добавок с использованием процедур испытаний при ускоренном старении по принципу Аррениуса.

J.2 Отборочные испытания уровня 1

J.2.1 Неограниченные испытания

J.2.1.1 Размещение

Необходимо разместить испытательный образец в контейнер без особых отклонений испытательного образца.

J.2.1.2 Эластомеры

J.2.1.2.1 Параметры испытаний

Следует использовать следующие параметры испытаний:

a) образец: кольцевое уплотнение номер 214, ВД 25,0 мм, высотой 3,53 мм (ВД 0,984 дюйма, высотой 0,139 дюйма);

b) контейнер: закрытый, но не герметичный для воздуха, контейнер должен иметь объем не менее 100 см³ (6,1 дюйм³);

c) концентрация: беспримесный (концентрированный - без разбавления) и в растворе типовой рекомендуемой концентрации для применения. Раствор должен быть добавлен во время испытаний с целью поддержания отношения объема флюида к объему уплотнения 25:1 - 27:1;

d) температура: 60 °C (140 °F); в случае приближения точки кипения или точки воспламенения к 60 °C (140 °F) поставщик химических реагентов должен определить соответствующие шаги для получения приемлемых результатов утверждаемых конечным потребителем;

e) давление: атмосферное;

f) продолжительность: 32 дня с измерениями, выполненными в начале, через 1 день, 2 дня, 4 дня, 8 дней, 16 дней и 32 дня. Испытательные образцы должны быть из одной партии материала;

g) измерения: для следующих измерений вынуть образец из термокамеры, быстро вытереть насухо и охладить до комнатной температуры 20 °C +/- 1 °C (68 °F +/- 2 °F) перед тем, как выполнять измерения. Необходимо документально оформить изменение веса, твердости и процентное изменение объема в течение 3 ч после извлечения из термокамеры:

- 0 день: выполнить испытания на растяжение в соответствии с ASTM D1414;

- 1 день: вытереть насухо; зафиксировать изменение сухого веса, изменение твердости, процентное изменение объема, внешний вид;

- 2 день: вытереть насухо; зафиксировать изменение сухого веса, изменение твердости, процентное изменение объема, внешний вид;

- 4 день: вытереть насухо; зафиксировать изменение сухого веса, изменение твердости, процентное изменение объема, внешний вид;

- 8 день: вытереть насухо; зафиксировать изменение сухого веса, изменение твердости, процентное изменение объема, внешний вид;

- 16 день: вытереть насухо; зафиксировать изменение сухого веса, изменение твердости, процентное изменение объема, внешний вид;

- 32 день: вытереть насухо; зафиксировать изменение сухого веса, изменение твердости, процентное изменение объема, внешний вид;

- 32 день: поместить образец в сушильный шкаф при максимальном давлении 0,01 МПа (1,5 фунт/дюйм²) и комнатной температуре; подвергать сушке в течение 1 недели, затем выполнить испытания на растяжение в соответствии с ASTM D1414;

h) контейнер для испытаний: должен быть предназначен для использования испытательных химических реагентов, материалов, температуры и давления. Объем флюида должен быть таким, чтобы отношение объема флюида к объему уплотнения составляло 25:1 - 27:1.

J.2.1.2.2 Критерии приемлемости по совместимости

Необходимо использовать следующие критерии приемлемости:

a) процентное изменение веса: +/- 10%;

b) изменение твердости:

- для твердости < 90 по твердомеру (Шор А), единиц,

- для твердости 90 по твердомеру (Шор А), единиц,

- для твердости > 90 по твердомеру (Шор А), единиц;

c) процентное изменение объема: ;

d) внешний вид: отсутствие вздутий, отсутствие трещин, отсутствие расслоения и отсутствие изменения внешнего вида химического реагента (цвет, осадки и т.п.) без увеличения.

J.2.1.3 Металлы

J.2.1.3.1 Критерии испытаний

Допустимо использовать следующие критерии испытаний:

a) образец: рекомендуется образец с размерами 25,4 мм x 76,2 мм x 6,35 мм (1,0 дюйм x 3,0 дюйма x 0,25 дюйма). Образец должен быть покрытым, облицованным или гальванизированным для испытаний на совместимость материалов покрытия/гальванизации. Контрольный образец основного металла, таких же размеров, непокрытый, должен быть помещен в отдельный испытательный контейнер;

b) минимальное отношение объема к площади поверхности должно составлять 1:6; чистота обработки поверхности должна составлять RMS или лучше;

c) контейнер: закрытый, но не герметичный, объемом не менее 100 см³ (6,1 дюйм³);

d) концентрация: беспримесный (концентрированный; без разбавления), а также раствор типовой рекомендуемой концентрации для применения. Раствор должен быть добавлен во время испытаний, чтобы поддерживать соотношение 25:1 - 27:1 объема флюида к объему уплотнения;

e) температура: 60 °C (140 °F); если точка кипения или точка воспламенения близка к 60 °C (140 °F), поставщик химических реагентов должен определить соответствующие шаги для получения приемлемых результатов утверждаемых конечным потребителем;

f) давление: атмосферное;

g) продолжительность: 4 недели с измерениями, выполненными в начале, через 1, 2 и 4 недели;

h) контейнер для испытаний: контейнер должен быть предназначен для использования испытательных химических реагентов, материалов, температуры и давления. Объем флюида должен быть таким, чтобы отношение объема флюида к объему уплотнения составляло 25:1 - 27:1;

i) для документального оформления первоначального и конечного состояния поверхности должны быть сделаны фотографии.

J.2.1.3.2 Критерии приемлемости по совместимости

Следует использовать следующие критерии приемлемости:

a) внешний вид: отсутствие изменения цвета, или отсутствие видимых изменений поверхности (при 10-кратном увеличении), или отсутствие изменений внешнего вида химического реагента (цвет, осадки и т.п.);

b) скорость коррозии: документально оформлять в миллидюймах в год. При 100%-ном контроле как минимум 2 наиболее широких поверхностей определить наличие питтинговой коррозии и глубину при 10-кратном увеличении;

c) чистота обработки поверхности: RMS либо лучше (без изменений).

J.3 Отборочные испытания уровня 2

J.3.1 Ограниченные испытания

J.3.1.1 Неметаллические материалы (эластомеры и пластики)

Допустимо использование следующих параметров испытаний:

a) образец: кольцевое уплотнение номер 214, ВД 25,0 мм (0,984 дюйма), высотой 3,53 мм (0,139 дюйма); см. [43];

b) испытательный контейнер: с рекомендованными размерами для кольцевого уплотнения номер 214, статическое применение;

c) концентрация: беспримесный (концентрированный; без разбавления), а также в растворе типовой рекомендуемой концентрации для применения; раствор должен быть добавлен во время испытаний, чтобы поддерживать соотношение объема флюида к объему уплотнения 25:1 - 27:1;

d) температура: 60 °C (140 °F); если точка кипения или точка воспламенения близка к 60 °C (140 °F), поставщик химических реагентов должен определить соответствующие шаги для получения приемлемых результатов, утверждаемых конечным потребителем;

e) давление: атмосферное;

f) продолжительность: 32 дня с измерениями, выполненными в начале, через 1, 2, 4, 8, 16 и 32 дня; испытательные образцы должны быть из одной партии материала;

g) измерения: для следующих измерений вынуть образец из термокамеры, быстро вытереть насухо и охладить до комнатной температуры [20 °C +/- 1 °C (68 °F +/- 2 °F)] перед тем, как выполнять измерения. Документировать изменение веса, твердости и процентное изменение объема в течение 3 ч после извлечения из термокамеры:

- 0 день: выполнить испытания на растяжение в соответствии с ASTM D1414,

- 1 день: вытереть насухо; зафиксировать изменение сухого веса, изменение твердости, процентное изменение объема, внешний вид,

- 2 день: вытереть насухо; зафиксировать изменение сухого веса, изменение твердости, процентное изменение объема, внешний вид,

- 4 день: вытереть насухо; зафиксировать изменение сухого веса, изменение твердости, процентное изменение объема, внешний вид,

- 8 день: вытереть насухо; зафиксировать изменение сухого веса, изменение твердости, процентное изменение объема, внешний вид,

- 16 день: вытереть насухо; зафиксировать изменение сухого веса, изменение твердости, процентное изменение объема, внешний вид,

- 32 день: вытереть насухо; зафиксировать изменение сухого веса, изменение твердости, процентное изменение объема, внешний вид,

J.3.1.2 Критерии приемлемости для совместимости

Должны быть использованы следующие критерии приемлемости:

a) процентное изменение веса: +/- 10%;

b) изменение твердости:

- для твердости < 90 по твердомеру (Шор А) единиц,

- для твердости 90 по твердомеру (Шор А) единиц,

- для твердости > 90 по твердомеру (Шор А) единиц;

c) процентное изменение объема: ;

d) процентное изменение прочности на растяжение: +/- 50%;

e) процентное изменение удлинения: +/- 50%;

f) процентное изменение в 50% модуле: +/- 50%;

g) внешний вид: отсутствие вздутий, трещин и изменений внешнего вида химического реагента (цвет, осадки, и т.п.) без увеличения.

J.4 Отборочные испытания уровня 3

J.4.1 Оценка срока службы и старения

Для оценки срока службы неметаллических материалов, предназначенных для использования в сложных условиях эксплуатации, допустимо проведение испытаний в указанных условиях при температуре и/или давлении в режиме ускоренных испытаний. Без проведения ускоренных испытаний существует возможность затруднения количественной оценки срока службы эластомерных компонентов. Повышенные температура и/или давление испытаний могут предоставить практический способ оценки характеристик неметаллических материалов в реальных условиях.

Испытания на оценку срока службы могут рассматриваться как наилучший способ оценки продолжительности эксплуатации для определения долговременных эксплуатационных характеристик неметаллических материалов в сложных условиях эксплуатации. Основной метод включает сбор статистических данных наработки на отказ при повышенных температурах (выше ожидаемых в реальных условиях эксплуатации) и графическое представление результатов в полулогарифмической системе координат. Вертикальная шкала представляет собой логарифм времени до разрушения, а горизонтальная шкала - соответствующее абсолютное значение температуры [см. типовой график оценки срока службы в API TR 6J1 (рисунок 1)]. В качестве альтернативы время до разрушения при температуре в условиях эксплуатации также можно рассчитать с использованием соответствующих математических уравнений.

При проведении ускоренных испытаний при повышенных температурах и/или давлении следует предпринимать определенные меры предосторожности. Требуется экспериментальная проверка неизменности механизма разрушения (и энергии активации) при повышенных значениях температуры и давления. Дополнительно необходимо выявлять газовую диффузию через эластомерные уплотнения, имеющую место при ускоренных темпах, что должно быть учтено в качестве критерия разрушения. Допустимо проведение испытаний неметаллических материалов с известными эксплуатационными характеристиками в качестве объекта для сравнения; см. испытания уровня 2. Неподвижные флюиды или газы могут дать улучшенную или ухудшенную оценку срока службы, по сравнению с периодически обновляемыми флюидами.

Примеры приемлемых промышленных процедур с использованием методологии старения Аррениуса, включают:

- API TR 6J1 [35];

- ASTM D3045 [23];

- ASTM D2990 [22];

- NORSOKM-710 [40];

- UL 746B [42].

Испытания на старение и оценку срока службы эластомерных материалов необходимо проводить в соответствии с API TR 6J1 (раздел 5 и рисунок 2) или NORSOK M710 (разделы 7.1, 7.2 и приложение A). Результаты следует документально оформлять в соответствии с NORSOK M710 (разделы 6 и 7.2.2). Следует использовать образец, аналогичный кольцевому уплотнению номер 325, ВД 37,47 мм (1,475 дюйма), высотой 5,33 мм (0,210 дюйма) [43].

Испытания на старение и оценку срока службы термопластичных материалов необходимо проводить в соответствии с NORSOK M710 (разделы 8.1, 8.2 и приложение C). Результаты следует документально оформлять в соответствии с NORSOK M710 (разделы 6 и 8.2.2). Необходимо использовать образец, аналогичный кольцевому уплотнению номер 325, ВД 37,47 мм (1,475 дюйма), высотой 5,33 мм (0,210 дюйма) [43].

J.4.2 Испытания на быстрое падение давления газа

Испытания на быстрое падение давления газа следует проводить в соответствии с NORSOK M710 (раздел 7.3 и приложение B). Результаты необходимо документально оформлять в соответствии с NORSOK M710 (раздел 6 и 7.3.2). Следует использовать образец, аналогичный кольцевому уплотнению номер 325, ВД 37,47 мм (1,475 дюйма), высотой 5,33 мм (0,210 дюйма) [43].