本發(fā)明屬于鉆井井控裝備防噴器膠芯質(zhì)量及可靠性的評價方法，具體涉及防噴器膠芯在極限高低溫及腐蝕性環(huán)境條件下評價方法。

背景技術(shù)：

1、防噴器是勘探開發(fā)高壓油氣井，防止井噴事故發(fā)生和平衡壓力鉆井的關(guān)鍵井控裝備，膠芯性能直接關(guān)系到整個井控系統(tǒng)的成敗。在現(xiàn)有油氣開采環(huán)境和要求下，尤其是我國西部、中亞等高寒地區(qū)以及川渝地區(qū)高含硫天然氣井,防噴器膠芯質(zhì)量和有效壽命受到嚴(yán)峻考驗。

2、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(guī)定的硬度試驗方法；astm?d?412?:1998或astm?d?1414?:1994規(guī)定的法向應(yīng)力應(yīng)變性能試驗方?法;astm?d?395?:1998或astmd?1414?:1994規(guī)定的進(jìn)行壓縮變形試驗;astm?d?471?:1998或?astm?d?1414?:1994的規(guī)定進(jìn)行浸沒試驗，但所有的這些標(biāo)準(zhǔn)均僅為方法試驗標(biāo)準(zhǔn)，無防噴器膠芯質(zhì)量的具體控制標(biāo)準(zhǔn)。astm,全稱是american?society?for?testing?andmaterials，系美國材料與試驗協(xié)會的英文縮寫。

3、在國標(biāo)?gb/t?20174-2006對防噴器材料要求中，對金屬材料明確了相關(guān)技術(shù)指標(biāo)，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(shù)指標(biāo)，只對其應(yīng)用溫度等級進(jìn)行了劃分，也未明確其在各溫度等級下應(yīng)滿足的具體性能要求。因此，在實際操作過程中，這一現(xiàn)象使得具體質(zhì)量安全監(jiān)控難以有據(jù)可循和量化。雖然我國國內(nèi)企業(yè)已開展防噴器的國產(chǎn)化工作，但是對防噴器關(guān)鍵元件膠芯的關(guān)鍵質(zhì)量控制指標(biāo)研究不夠深入，導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，相比國外同類產(chǎn)品仍有較大差距，同時，對于應(yīng)用領(lǐng)域來講，檢測機(jī)構(gòu)缺乏相關(guān)極限條件下性能、可靠性和壽命的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及評價方法。

4、公開號為cn104034867a，公開日為2014.09.10的中國專利公開了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，其特征在于步驟為：研究防噴器膠芯用丁腈橡膠材料在常溫狀態(tài)下的物理性能，進(jìn)行質(zhì)量及性能參數(shù)評價，獲取防噴器膠芯用丁晴橡膠材料的基本數(shù)據(jù)；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(biāo)變化情況并進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，結(jié)合確保防噴器膠芯正常使用功能的性能指標(biāo)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(huán)境下的性能控制標(biāo)準(zhǔn)；研究防噴器膠芯用丁腈橡膠材料在高溫環(huán)境以及高溫到極限低溫交變環(huán)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(biāo)的變化情況及規(guī)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(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)。但是該專利僅僅能評價防噴器膠芯在極限高低溫條件下的質(zhì)量，不能滿足實際生產(chǎn)中防噴器膠芯所遇到的環(huán)境，即極限高低溫和腐蝕性環(huán)境下的防噴器膠芯質(zhì)量評估。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)中無法滿足實際生產(chǎn)中防噴器膠芯所遇到的環(huán)境下的質(zhì)量評估，建立了防噴器膠芯在極限高低溫及腐蝕性環(huán)境條件下評價方法。

2、本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

3、防噴器膠芯在極限高低溫及腐蝕性環(huán)境條件下評價方法，包括以下步驟：

4、1）研究防噴器膠芯用丁腈橡膠材料在常溫狀態(tài)下的物理性能，進(jìn)行質(zhì)量及性能參數(shù)評價，獲取防噴器膠芯用丁晴橡膠材料的基本數(shù)據(jù)；

5、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(biāo)變化情況并進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，結(jié)合確保防噴器膠芯正常使用功能的性能指標(biāo)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(huán)境下的性能控制標(biāo)準(zhǔn)；

6、3）研究防噴器膠芯用丁腈橡膠材料在高溫環(huán)境以及高溫到極限低溫交變環(huán)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(biāo)的變化情況及規(guī)律，判定滿足防噴器膠芯性能要求的耐老化性能，確定極限高低溫實驗方法及質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)；

7、4）參考nace?0187?《酸性氣環(huán)境的彈性材料標(biāo)準(zhǔn)試驗方法》，設(shè)置四種鉆采腐蝕性環(huán)境，研究防噴器膠芯用丁腈橡膠材料老化性能，老化周期4天，每間隔1天取樣一次，評價各項力學(xué)性能變化情況，開展分子結(jié)構(gòu)變化分析；以膠芯關(guān)鍵力學(xué)參數(shù)為基準(zhǔn)，結(jié)合阿倫尼烏斯方程推算高溫下防噴器膠芯老化壽命；結(jié)合確保防噴器膠芯正常使用功能的性能指標(biāo)及實際檢測情況，配合實驗，確定防噴器膠芯用丁腈橡膠材料在極限高低溫環(huán)境下的性能控制標(biāo)準(zhǔn)。

8、極限高低溫評價方法具體如下：針對防噴器膠芯用丁腈橡膠材料，先采用量熱分析、動態(tài)機(jī)械分析和紅外分析進(jìn)行微觀結(jié)構(gòu)表征；然后配合硬度、拉伸、撕裂、壓縮、壓縮永久變形和耐液體質(zhì)量體積變化的宏觀性能參數(shù)，再分溫度等級研究防噴器膠芯用丁腈橡膠材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，分子鏈結(jié)構(gòu)，力學(xué)性能及耐介質(zhì)性能的變化，最后將玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，分子鏈結(jié)構(gòu)，力學(xué)性能和耐介質(zhì)性能的變化同防噴器應(yīng)用性能相聯(lián)系,建立防噴器膠芯用丁腈橡膠材料各溫度等級下的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)，從而形成極限高低溫評價方法。

9、優(yōu)選的，所述的極限高溫具體是指根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)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℃。

10、優(yōu)選的，所述的極限低溫具體是指根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)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℃。

11、優(yōu)選的，所述的高溫環(huán)境是指在一個密閉空間內(nèi)，充入120℃的熱空氣。

12、優(yōu)選的，所述的高溫到極限低溫交變環(huán)境，具體是指將防噴器膠芯用丁腈橡膠材料從-26℃→120℃→-26℃→120℃這樣的溫度環(huán)境下進(jìn)行處理，再到120℃→-26℃→120℃→-26℃這樣的溫度環(huán)境下進(jìn)行處理，再從-26℃→120℃→-26℃→120℃這樣的溫度環(huán)境下進(jìn)行處理，最后再從120℃→-26℃→120℃→-26℃這樣的溫度環(huán)境下進(jìn)行處理，在每次處理時，每個溫度值下均放置12h并取樣對材料進(jìn)行各項性能分析評價。

13、優(yōu)選的，腐蝕性環(huán)境下評價方法具體如下：針對防噴器膠芯用丁腈橡膠材料，首先采用差示掃描量熱儀、動態(tài)熱機(jī)械分析儀、熱重分析儀和傅里葉紅外光譜儀進(jìn)行微觀結(jié)構(gòu)分析表征，然后結(jié)合硬度、拉伸、撕裂、回彈、磨耗、壓縮、壓縮永久變形和耐液體質(zhì)量體積變化等宏觀性能參數(shù)，設(shè)置模擬鉆采腐蝕性環(huán)境，研究防噴器膠芯用丁腈橡膠材料力學(xué)性能和微觀結(jié)構(gòu)變化情況，最后將玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，分子鏈結(jié)構(gòu)，力學(xué)性能和耐介質(zhì)性能的變化同防噴器應(yīng)用性能相聯(lián)系，建立防噴器膠芯用丁腈橡膠材料在各腐蝕性環(huán)境下的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)，從而形成腐蝕性環(huán)境下評價方法。

14、優(yōu)選的，所述四種鉆采腐蝕性環(huán)境分別為：

15、a)、壓力：7mpa，溫度：121℃，氣相組分：20%h2s+5%co2+75%n2，液相組分：25%正乙烷+20%正辛烷+50%正癸烷+5%甲苯；

16、b)、壓力：35mpa，溫度：121℃，氣相組分：20%h2s+5%co2+75%n2，液相組分：25%正乙烷+20%正辛烷+50%正癸烷+5%甲苯；

17、c）、壓力：35mpa，溫度：121℃，氣相組分：5%h2s+20%co2+75%n2，液相組分：25%正乙烷+20%正辛烷+50%正癸烷+5%甲苯；

18、d）、壓力：35mpa，溫度：177℃，氣相組分：5%h2s+20%co2+75%n2，液相組分：25%正乙烷+20%正辛烷+50%正癸烷+5%甲苯。

19、本技術(shù)方案的有益效果如下：

20、一、本發(fā)明提供的防噴器膠芯在極限高低溫及腐蝕性環(huán)境條件下評價方法，將健全極限高低溫環(huán)境及腐蝕性環(huán)境條件下防噴器膠芯材料的質(zhì)量控制指標(biāo)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(shù)指標(biāo)，對其應(yīng)用溫度等級進(jìn)行劃分，明確其在各溫度等級下應(yīng)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(zhì)量安全監(jiān)控可以有據(jù)可循和量化。

21、二、本發(fā)明提供的防噴器膠芯在極限高低溫及腐蝕性環(huán)境條件下評價方法，應(yīng)用現(xiàn)代分析測試技術(shù)研究了防噴器膠芯用丁臘橡膠材料在不同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(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)?及其評價方法，對現(xiàn)有sy/t5053.1-2000《地面防噴器及地面裝置》標(biāo)準(zhǔn)中附錄c中關(guān)于防噴器膠芯的性能指標(biāo)進(jìn)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城范圍?(?-26℃~177℃),填補(bǔ)了這一領(lǐng)域空白。

22、三、本發(fā)明提供的防噴器膠芯在極限高低溫及腐蝕性環(huán)境條件下評價方法，通過對腐蝕性鉆探環(huán)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(jié)構(gòu)變化，建立了防噴器膠芯用丁睹橡膠材料在硫化氫腐蝕環(huán)境下使用壽命預(yù)測的快速老化實驗?zāi)M方法和檢測控制標(biāo)準(zhǔn)。通過快速實驗?zāi)M，得到目前國內(nèi)膠芯材料在不同壓力(7mpa、35mpa、70mpa)、溫度(121℃、177℃)、硫化氫濃度(5%、20%)環(huán)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(huán)境下的性能變化基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及其壽命預(yù)測方法，填補(bǔ)了國內(nèi)空白。