GB/T 43599-2023 石油天然气钻采设备 机械式固井胶塞的测试与评价

　　ICS 75. 180. 10 CCS E 92

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 43599—2023

　　石油天然气钻采设备

　　机械式固井胶塞的测试与评价

　　Petroleum drilling andproduction equipment—

　　Evaluation and testing ofmechanicalcementplugs

　　2023-12-28发布 2024-07-01实施

　　国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会

　　

　　发

　　

　　布

　　GB/T 43599—2023

　　目 次

　　前言 Ⅰ

　　1 范围 1

　　2 规范性引用文件 1

　　3 术语和定义 1

　　4 试验要求 1

　　4. 1 试样制备 1

　　4. 2 试验介质 2

　　4. 3 试验装置通用要求 2

　　4. 4 试验项 目 2

　　5 测试与评价 3

　　5. 1 穿透压力试验 3

　　5. 2 密封压力试验 5

　　5. 3 翻转压力试验 6

　　5. 4 承受回压能力试验 8

　　5. 5 刮拭能力试验 9

　　5. 6 通过能力试验 11

　　5. 7 耐磨性能试验 12

　　5. 8 压缩变形试验 14

　　5. 9 防转能力试验 14

　　5. 10 可钻性能试验 15

　　附录 A (资料性) 试验记录表 17

　　附录 B (资料性) 试验参数推荐表 22

　　GB/T 43599—2023

　　前 言

　　本文件按照 GB/T 1. 1—2020《标准化工作导则 第 1部分 :标准化文件的结构和起草规则》的规定起草 。

　　请注意本文件的某些内容可能涉及专利 。本文件的发布机构不承担识别专利的责任 。

　　本文件由全国石油钻采设备和工具标准化技术委员会(SAC/TC96)提出并归 口 。

　　本文件起草单位 :石油工 业 井 下 工 具 质 量 监 督 检 验 中 心 、中 国 石 油 集 团 渤 海 钻 探 工 程 有 限 公 司 、中国石油天然气股份有限公司华北油田分公司 、德州大陆架石油工程技术有限公司 、河北上善石油机械有限公司 、丹诺(北京)石油技术服务有限公司 、北京石油机械有限公司 。

　　本文件主要起草人 :李亮亮、任路、罗玉财、王丁盛、谭天宇、王晗阳、明祥贵、杨忠祖、蒋本强、宋剑鸣、段风海 、孙合平 、张虎林 、周家齐 、刘晓晓 、孔凡刚 、李巍然 、姜永奎 、肖涛 、马春晖 、苏卿 。

　　Ⅰ

　　GB/T 43599—2023

　　石油天然气钻采设备

　　机械式固井胶塞的测试与评价

　　1 范围

　　本文件规定了石油天然气注水泥作业用机械式固井胶塞的试验要求 、测试与评价 。

　　本文件适用于机械式固井胶塞的检测与评价 。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款 。其中 , 注 日期的引用文件 ,仅该日期对应的版本适用于本文件 ;不注日期的引用文件 ,其最新版本(包括所有的修改单) 适用于本文件 。

　　GB/T 9867 硫化橡胶或热塑性橡胶耐磨性能的测定(旋转辊筒式磨耗机法)

　　GB/T 13283 工业过程测量和控制用检测仪表和显示仪表精确度等级

　　GB/T 19830 石油天然气工业 油气井套管或油管用钢管

　　GB/T 20971 石油天然气工业 固井设备 注水泥浮动装置性能测试

　　GB/T 29166 石油天然气工业 钢制钻杆

　　SY/T 5083 石油天然气钻采设备 尾管悬挂器及尾管回接装置

　　SY/T 5150 分级注水泥器

　　SY/T 5415 钻头使用基本规则和磨损评定方法

　　SY/T 7084 固井水泥头及常规固井用胶塞

　　3 术语和定义

　　SY/T 5083和 SY/T 5150界定的以及下列术语和定义适用于本文件 。

　　3. 1

　　翻转压力 invertpressure

　　胶塞唇片翻转的液体压差 。

　　3.2

　　水下释放胶塞 sub-sea releaseplug

　　用于浮式或半潜式海上钻井平台 , 隔离钻井液和水泥浆 ,并顶替管柱内水泥浆的胶塞 。

　　4 试验要求

　　4. 1 试样制备

　　4. 1. 1 试样采用随机抽取的胶塞成品 。

　　4. 1.2 胶塞橡胶材料耐磨性能的测定试样按照 GB/T 9867的规定进行制备 。

　　1

　　GB/T 43599—2023

　　4.2 试验介质

　　4.2. 1 试验液体应采用清水(可添加防腐液) 、合成油或用户指定的液体 。

　　4.2.2 加热液体采用合成油时 ,其闪点应高于工作温度 20 ℃以上 。

　　4.3 试验装置通用要求

　　4.3. 1 试验管柱

　　试验管柱由钻杆及接头或套管及接箍组成 。标准试验管柱应符合 GB/T 29166或 GB/T 19830 的规定 ,特殊尺寸的试验管柱由制造厂商和用户约定 。

　　4.3.2 试验装置

　　4.3.2. 1 磨耗试验用试验装置和材料应符合 GB/T 9867的规定 。

　　4.3.2.2 对排量有要求的试验用试验泵排量应不低于 15 L/s,泵送排量应能无级调节 。

　　4.3.2.3 加热装置应满足加热液体各点处的温差不超过 5 ℃ ,保温期间温度变化不超过 ±2 ℃ 。

　　4.3.3 仪器设备精度

　　4.3.3. 1 试压泵和试验泵压力 、流量测量仪表的精度应不低于 GB/T 13283规定的 0. 5 级 。

　　4.3.3.2 加热装置温度测量系统应精确到 1 ℃以内 。

　　4.3.3.3 收集试验液体的量筒或量杯精度应不低于 0. 1 L。

　　4.3.3.4 胶塞尺寸测量仪器精度应不低于 0. 02 mm ,称重仪器精度应不低于 0. 1 g。

　　4.3.3.5 防转能力试验装置扭矩测量仪表精度应不低于 GB/T 13283规定的 2 级 。

　　4.3.3. 6 可 钻 性 能 试 验 装 置 力 值 测 量 仪 表 和 转 矩 转 速 测 量 装 置 精 度 应 不 低 于 GB/T 13283规 定 的0. 5 级 。

　　4.4 试验项目

　　机械式固井胶塞包括常规固井胶塞 、分级固井胶塞 、尾管固井胶塞 、水下释放胶塞 。不同类型的胶塞试验项目和测试方法见表 1。

　　表 1 试验项目和测试方法

　　试验项 目

　　测试方法

　　胶塞类型

　　常规固井胶塞

　　分级固井胶塞

　　尾管固井胶塞

　　水下释放胶塞

　　上胶塞

　　下胶塞

　　挠性塞

　　顶替打开塞

　　关闭塞

　　钻杆胶塞

　　尾管胶塞

　　钻杆上胶塞

　　钻杆下胶塞

　　套管上胶塞

　　套管下胶塞

　　穿透压力

　　5. 1

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　　密封压力

　　5. 2

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　　翻转压力

　　5. 3

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　　承受回压能力

　　5. 4

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　　刮拭能力

　　5. 5

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　　2

　　GB/T 43599—2023

　　表 1 试验项目和测试方法 (续)

　　试验项 目

　　测试方法

　　胶塞类型

　　常规固井胶塞

　　分级固井胶塞

　　尾管固井胶塞

　　水下释放胶塞

　　上胶塞

　　下胶塞

　　挠性塞

　　顶替打开塞

　　关闭塞

　　钻杆胶塞

　　尾管胶塞

　　钻杆上胶塞

　　钻杆下胶塞

　　套管上胶塞

　　套管下胶塞

　　通过能力

　　5. 6

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　　√ b

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　　√

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　　√

　　√

　　√ b

　　√ b

　　耐磨性能

　　5. 7

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　　压缩变形

　　5. 8

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　　防转能力

　　5. 9

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　　√ c

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　　√ c

　　可钻性能

　　5. 10

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　　注 : “√ ”表示应做 ,“— ”表示不适用 。

　　a 具有自锁结构的胶塞进行此项试验 。

　　b 具有变径结构的胶塞进行此项试验 。

　　c 具有防转结构的胶塞进行此项试验 。

　　5 测试与评价

　　5. 1 穿透压力试验

　　5. 1. 1 概述

　　穿透压力试验包括静压穿透压力试验和动压穿透压力试验 。静压穿透压力试验主要测试胶塞静态条件下隔膜穿透压力和破裂情况 。动压穿透压力试验主要测试胶塞在泵送过程中隔膜是否提前穿透及到位后隔膜的穿透压力和破裂情况 。

　　5. 1.2 静压穿透压力试验

　　5. 1.2. 1 测试方法

　　5. 1.2. 1. 1 胶塞静压穿透压力试验示意图见图 1。碰压座应有过流孔 ,过流孔直径不小于 46 mm ,且不大于胶塞芯部孔径 。

　　3

　　GB/T 43599—2023

　　4

　　a) 常温试验标引序号说明 :

　　1— 试压泵 ;

　　2— 储液罐 ;

　　3— 压力计 ;

　　4— 加压 口 ;

　　5— 上试压帽 ;

　　6— 试验液体 ;

　　7— 试验管柱 ;

　　

　　b) 工作温度试验

　　8 — 胶塞 ;

　　9 — 碰压座 ;

　　10— 下试压帽 ;

　　11— 温度计 ;

　　12— 加热液体 ;

　　13— 加热装置 ;

　　14— 支撑柱 。

　　图 1 静压穿透压力试验示意图

　　5. 1.2. 1. 2 连接试验工装 ,下试压帽装入与胶塞匹配的碰压座后 , 与试验管柱下端连接 ,胶塞装入试验管柱内 ,再与上试压帽连接 。如胶塞有温度要求 ,应将试验工装放入加热装置中 ,加热至规定的工作温度和保温时间 。

　　5. 1.2. 1.3 连接并开启试压泵 ,泵入试验液体 ,将胶塞缓慢泵送至碰压座 ,加压至液体穿透胶塞 ,最高压力为静压穿透压力 。

　　5. 1.2. 1. 4 如后续不需要进行其他试验 ,则拆卸试验管柱两端试压帽 ,检查胶塞与碰压座接触情况 ,确认胶塞已破裂 。从试验管柱下端缓慢取出胶塞 ,胶塞取出过程应避免撞击且不应反向 。

　　5. 1.2. 1.5 胶塞取出后检查胶塞隔膜破裂情况 。

　　5. 1.2.2 测试结果

　　5. 1.2.2. 1 记录测试参数和结果 ,穿透压力试验记录表见附录 A 中表 A. 1。

　　5. 1.2.2.2 胶塞静压穿透压力应符合 SY/T 7084的规定或制造商设计要求 。

　　5. 1.3 动压穿透压力试验

　　5. 1.3. 1 测试方法

　　5. 1.3. 1. 1 胶塞动压穿透压力试验示意图见图 2。试验管柱至少由两根套管和一个接箍组成 ,其中至少一根套管长度不小于 10 m。碰压座应符合 5. 1. 2. 1. 1 的规定 。

　　GB/T 43599—2023

　　标引序号说明 :

　　5

　　1— 试验泵 ;

　　2— 流量计 ;

　　3— 压力计 ;

　　4— 加压 口 ;

　　5— 上试压帽 ;

　　6— 试验液体 ;

　　7— 胶塞 ;

　　

　　8— 试验管柱 ;

　　9— 接箍 ;

　　10— 套管 ;

　　11— 碰压座 ;

　　12— 下试压帽 ;

　　13— 储液罐 。

　　图 2 动压穿透压力试验示意图

　　5. 1.3. 1.2 按照 5. 1. 2. 1. 2要求连接试验工装后 ,连接并开启试验泵 ,从加压口泵入试验液体 ,调节泵排量逐步升至附录 B 中表 B. 1 推荐的排量或用户与制造商约定的排量 ,泵送胶塞至液体穿透 ,最高压力为动压穿透压力 。

　　5. 1.3. 1.3 拆卸试验管柱两端试压帽 ,检查胶塞是否与碰压座接触 ,确认胶塞已破裂 。从套管下端缓慢取出胶塞 ,胶塞取出过程应避免撞击且不应反向 。

　　5. 1.3. 1.4 胶塞取出后检查胶塞隔膜破裂情况 。

　　5. 1.3.2 测试结果

　　5. 1.3.2. 1 记录测试参数和结果 ,穿透压力试验记录表见表 A. 1。

　　5. 1.3.2.2 胶塞动压穿透压力应符合制造商设计要求 ,且在泵送过程中隔膜不应提前穿透 。

　　5.2 密封压力试验

　　5.2. 1 概述

　　密封压力试验主要测试胶塞坐落到碰压座后承受上部液体压差的能力 。

　　5.2.2 测试方法

　　5.2.2. 1 胶塞密封压力试验示意图见图 3。

　　GB/T 43599—2023

　　6

　　a) 常温试验标引序号说明 :

　　1— 试压泵 ;

　　2— 储液罐 ;

　　3— 压力计 ;

　　4— 加压 口 ;

　　5— 上试压帽 ;

　　6— 试验液体 ;

　　7— 试验管柱 ;

　　

　　b) 工作温度试验

　　8 — 胶塞 ;

　　9 — 碰压座 ;

　　10— 下试压帽 ;

　　11— 温度计 ;

　　12— 加热液体 ;