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1、ICS75.180.10CCSE920月中华人民共和家标准GB/T435992023石油天然气钻采设备机械式固井胶塞的测试与评价Petroleumdrillingandproductionequipment一Evaluationandtestingofmechanicalcementplugs2023-12-28发布2024-07-01实施国家市场监督管理总局妗本国家标准化管理委员会发布；验要求试样制备试验介质试验装置通用要求试验项目试与评价穿透压力试验密封压力试验翻转压力试验承受回压能力试验刮拭能力试验通过能力试验耐磨性能试验压缩变形试验防转能力试验0可钻性能试验A（资料性）试验记录表B（资
2、料性）试验参数推荐表本文件按照GB/T1.12020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直。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、河北上善石良公司、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、王哈阳、明祥贵、杨忠祖、蒋本强、宋海、孙合平、张虎林、周家齐、
3、刘晓晓、孔凡刚、李巍然、姜永奎、肖涛、马春晖、苏卿。石油天然气钻采设备机械式固井胶塞的测试与评价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。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，注日期的弓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C件。GB/T9867硫化橡胶或热塑性橡胶耐磨性能的测定（旋转辐筒式磨耗机法）GB/T13283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/T19830石油天然气工业油气井套管或油管用钢管GB/T20
4、971石油天然气工业固井设备注水泥浮动装置性能测试GB/T29166石油天然气工业钢制钻杆SY/T5083石油天然气钻采设备尾管悬挂器及尾管回接装置SY/T5150分级注水泥器SY/T5415钻头使用基本规则和磨损评定方法SY/T7084固井水泥头及常规固井用胶塞术语和定义SY/T5083和SY/T5150界定的以及下列术语和定义适用于本文件。翻转压力invertpressure胶塞唇片翻转的液体压差。水下释放胶塞sub-seareleaseplug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。试验介质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。加
5、热液体采用合成油时，其闪点应高于工作温度20以上。试验装置通用要求试验管柱式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/T29166或GB/T1983（特殊尺寸的试验管柱由制造厂商和用户约定。试验装置1磨耗试验用试验装置和材料应符合GB/T9867的规定。2对排量有要求的试验用试验泵排量应不低于151.s,泵送排量应能无级调节。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。仪器设备精度1试压泵和试验泵压力、流量测量仪表的精度应不低于GB/T13283规定的0.5级。2加热装置温度测量系统应精确到1C以内。3收集试验液体的量筒或量杯精度应不低于011.o
6、4胶塞尺寸测量仪器精度应不低于0.02mm,称重仪器精度应不低于0.1go5防转能力试验装置扭矩测量仪表精度应不低于GB/T13283规定的2级。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/T13283规分!.试验项目儿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。不同类型险项目和测试方法见表1。表1试验项目和测试方法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关闭塞钻杆尾管钻杆钻杆套管套个表1试验项目和测试方法（续）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
7、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4下过能力5.6bbb奢性能5.7缩变形5.8转能力5.9o-o-钻性能5.10注：“J”表示应做，“一”表示不适用。具有自锁结构的胶塞进行此项试验。”具有变径结构的胶塞进行此项试验。具有防转结构的胶塞进行此项试验。测试与评价穿透压力试验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穷立后隔膜的穿透压力和破裂情况。2静压穿透压力试验2.1 测试方法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
8、直径不小于46mm二胶塞芯部孔径。试压泵；储液罐；压力计；加压口；上试压帽;试验液体;试验管柱;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，加热至规定的工呆温时间。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，最净压穿透压力。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塞已破裂。从试验管柱下端缓慢取出胶塞，
9、胶塞取出过程应避免撞击且不应反向。1.5 胶塞取出后检查胶塞隔膜破裂情况。2测试结果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AJo2.2胶塞静压穿透压力应符合SY/T7084的规定或制造商设计要求。动压穿透压力试验标引序号说明: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;8试验管柱;9接箍；10套管;11碰压座；12下试压帽;13一储液罐。7胶塞;图2动压穿透压力试验示意图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，调节区步升至附录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，最高片三穿
10、透压力。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。从套管下端胶塞，胶塞取出过程应避免撞击且不应反向。3.1.4 胶塞取出后检查胶塞隔膜破裂情况。3.2漏试结果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。4 .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。密封压力试验1概述宓村区力试险主要到碰上部液体压养的能力a）常温试验b）工作温度试验引序号说明：一试压泵；8-一胶塞；一储液罐；9-碰压座；压力计；10-一下试压帽；加压口；11-一温度计；上试压帽；12_加热液体；试验液体；13-一加热装置；一试验管柱；14-
11、一支撑柱。图3密封压力试验示意图2按照5.1.2.1.2要求连接试验工装。胶塞可以装入5.1.2试验后未取出胶塞的试验管柱中封头的胶塞应使用机械加载或液体加压的方法使密封头完全进入碰压座。如胶塞有高温要求险工装放入加热装置中，加热至规定的工作温度和保温时间；如有低温要求，低温测试由制造为定。3 连接并开启试压泵，从加压口泵入试验液体，加压至规定压力，最高试验压力应不超过规3%,保压15min。4 压力完全泄掉后，拆卸试验管柱两端试压帽，检查胶塞是否有翻边、剥离等情况。从试验爱慢取出胶塞，胶塞取出过程应避免撞击且不应反向。5 胶塞取出后检查胶塞外观形态。测试结果1记录测试参数和结果，密封压力试验
12、记录表见表A.2o2测试生里应符求制造商设计更求2胶塞与碰压座完全接触2.1 测试方法2.1.1胶塞与碰压座完全接触时的翻转压力试验示意图见图4。碰压座应有旁通孔，并应保证面的唇片有自由翻转空间。具有变径结构的胶塞应分别在相适应的试验管柱内进行试验。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4胶塞与碰压座完全接触时的翻转压力试验示意图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，胶塞装入主内，再与上试压帽连接。胶
13、塞有温度要求时，应将试验工装放入加热装置中，加热至规定的工11保温时间。2.1.3 连接并开启试压泵，从加压口泵入液体，加压至密封压力或液体从胶塞唇片旁通。2.1.4 拆卸试验管柱两端试压帽，检查胶塞与碰压座接触情况，检查胶塞唇片形态。从试验管及慢取出胶塞，胶塞取出过程应避免撞击且不应反向。2.1.5 胶塞取出后检查胶塞外观形态。:块尺寸和位置由制造厂商和用户约定。b）工作温度试验引序号说明：iEE泵；储液罐；压力计；加压口；一上试压帽;一试验夜体;-湍管柱;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；15垫块。胶塞;图5胶塞与碰压座部分接触时的翻转压力试验示意
14、图1. 2按照5.3.2.1.2-5.3.2.1.5的要求进行试验。2测试结果2. 1记录测试参数和结果，翻转压力试验记录表见表A.3。2. 2测试结果应符合制造商设计要求。承受回压能力试验概述承受回压能力试验主要测试具有自锁功能的胶塞与碰压座复合后承受胶塞下部液体压差的能测试方法a）常温承受回压能力试验b）工作温度承受回压能力试验标引序号说明：1一试压泵；7-1.下试压帽；13-一温度计；2T诸液罐；8-密封圈；14碰压座；3一压力计；9-一胶塞；15一加热液体；4下加压口；10-试验管柱；16一加热装置；5试验液体；11-上试压帽；17支撑柱。6一锁环；12-一上加压口；图6承受回压能力试
15、验示意图2.2 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，胶塞装入记寸。2.3 3使用机械加载或试验液体加压的方法，从胶塞上端加载或加压直至胶塞进入碰压座与记录最高试验载荷或压力。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E和保温时间。2.4 连接并开启试压泵，从下加压口泵入液体，加压至规定压力，最高试验压力应不超过规定;%,保压15mino2.5 压力完全泄掉后，拆卸试验管柱两端试压帽，从试验管柱下端缓慢取出胶塞，胶塞取出过撞击且不应反向。2. 6胶塞取出后检查胶塞头与碰压座接触情况。3测试结果3. 1记录测试参数和结果，承受回压能力试验记录表见表A
16、.4。32测试结里应符合P5083的规定或制造商设计要求一根套管长度不小于10m;胶塞刮拭钻杆试验管柱试验示意图见图7b),试验管柱至少由两或，其中至少一根钻杆长度不小于9m。上试压帽应有加压口和排气口，排气口应处于高位。7立有排液口和排气口，排液口应处于低位，排气口应处于高位，排液管应高于试验管柱。刮拭自夜体采用钻井液时应符合GB/T20971要求。引序号说明：加压口；-上试压帽排气阀；上试压帽；套管；118注液阀；9注液孔：10下试压帽排气阀；11下试压帽；12排液孔；13一一排液阀；14排液流量计；15一一排液管；16收集装置；17储液罐；18试压泵/试验泵;19钻杆。接箍；一注液流量计
17、；1.6 静置4h。1.7 开启试压泵/试验泵，从上试压帽加压口泵入试验液体，泵送胶塞至下试压帽停止。1.8 关闭排液阀，拆卸下试压帽，从试验套管下端缓慢取出胶塞，收集胶塞底部及唇片之间的,计算排出液体总体积。1.9 将试验管柱冲洗干净，按5.5.2.25.5.2.8的要求，重复试验4次。2 .10检查胶塞外观形态。3 测试结果3. 1记录测试参数和结果，刮拭能力试验记录表见表A.5。3.2刮拭效率(C)按公式(1)计算：C=X100%V1式中：C刮拭效率；V1泵送胶塞前注入液体体积的平均值，单位为升(1.);V2泵送胶塞排出液体体积的平均值，单位为升(1.)。3.3刮拭效率应符合制造商设计要
18、求。通过能力试验1概述通过能力试验主要测试胶塞在一定排量下通过缩径/变径管柱的难易程度。2测试方法2.1胶塞通过缩径/变径试验管柱的通过能力试验示意图见图8,缩径段的结构和尺寸以及变习径由制造厂商和用户约定，变径管柱长度应大于胶塞长度。引序号说明：i+;压力计；加压口；试压帽；3三;试压管柱;b）胶塞通过变径试验管柱7 -缩径段；8 捕塞器；9储液罐；10i坍藻11变径试验管柱;12变径接头。图8通过能力试验示意图（续）2连接试验工装，胶塞装入试验管柱内，再与试压帽连接。3连接并开启试验泵，从试压帽加压口泵入试验液体，见表B.1推荐的排量或制造厂商和用非量泵送胶塞通过缩径/变径试验管柱，记录压
19、力变化。4从捕塞器取出胶塞，按照5.6.2.25.6.2.3的要求重复试验至制造厂商和用户约定的次数。5试验结束后检查胶塞外观形态。测试结果1记录测试参数和结果，通过能力试验记录表见表A.6。2泵送胶塞通过试验管柱的压力应符合SY/T5150的规定或制造商设计要求，且胶塞不耐磨性能试验概述耐磨性能试验主要测试胶塞在泵送过程中抵抗由于与管柱内壁摩擦使胶塞表面产生的磨损量。塞循环通过一段试验管柱的方法测定胶塞磨损情况，可与5.5刮拭能力试验同步进行。如不b）胶塞通过钻杆试验管柱标引序号说明:1流量计：2压力计；3加压口；4一一试压帽；5一一套管；7 一一接箍：8 捕塞器;9 储液罐;10试验泵;1
20、1钻杆。6胶塞;图9胶塞耐磨性能试验示意图2.1.2 擦拭胶塞并测量胶塞外径、唇片厚度和质量。2.1.3 连接试验工装，胶塞装入试验管柱内，再与试压帽连接。2.15从捕窦哭取出胺寒挤昭的西垂复试验至制造厂商和用户结2.1.4 连接并开启试验泵，从试压帽加压口泵入试验液体，见表B.1推荐的排量或制造厂商和三的排量泵送胶塞通过试验管柱。435992023(mI-m),f-OOH(n1X1.式中：Jm单位长度质量损失率；n1试验前胶塞质量，单位为克(g);n2泵送胶塞通过约定长度后的质量，单位为克(g);通过长度，单位为(m)。2.3耐磨性能应符合制造商设计要求。胶塞橡胶材料耐磨性能试验1胶塞橡胶材
21、料耐磨性能的测定按照GB/T9867规定的方法A进行。2测试结果应符合制造商设计要求。压缩变形试验概述校塞有时候会在水泥头或管柱中安装相当长的时间后才能投放使用，压缩变形试验主要测试入水泥头或管柱中一定时间后产生的压缩永久变形。测试方法1测量胶塞各唇片最大外径。2将胶塞装入与之匹配的水泥头或试验管柱内静置24h或者24h的倍数。3从水泥头或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。4胶塞自由状态静置恢复30min时，测量胶塞各唇片的最大外径。测试结果1记录测试参数和结果，压缩变形试验记录表见表A.8。2压缩变形率按公式(3)计算：式中：/压缩变形率；Io每个胶塞唇片初始最大外
22、径，单位为毫米(mm);1每个胶塞唇片恢复后的最大外径，单位为毫米(mm);I2套管内径，单位为毫米(mm)。3压缩变形率应符合制造商设计要求。a）单胶塞标引序号说明：1一扭矩仪；2横梁；3轴承；4扭转杆；5胶塞固定扭转帽；6胶塞固定螺柱；7扶正套；8胶塞；9防转齿；10碰压座；11下接头；12夹紧固定装置;13压紧块。图10防转能力试验示意图2.2连接试验工装，将胶塞装入并与碰压座完全啮合后，移动横梁使胶塞固定扭转帽与压紧块虫，用夹紧螺柱将胶塞固定，再将试验工装夹紧固定。2. 3对胶塞施加扭矩至规定扭矩或防转结构破坏。2.4从试验工装内取出胶塞，检查胶塞下端防转齿形态。3测试结果3. 1记录
23、测试参数和结果，防转能力试验记录表见表A.9。3. 2测试结果应符合SY/T7084的规定或制造商设计要求。宣上州：+验引序号说明:下接头；9一力传感器；-碰压座；10一转矩转速测量装置;-夹紧固定装置；11一排液口；-水泥石；12一压力计；-胶塞；13流量计；杂头；14一收集装置；中瀚管柱；15T诸液罐；-旋转钻进装置；16一试验泵。图11可钻性能试验示意图2.2 连接试验工装，下接头装入与胶塞匹配的碰压座后，与试验管柱下端连接。胶塞装入试马胶塞各唇片之间应充满水泥浆。2.3 推动胶塞与碰压座接触或复合后，常温养护时间不少于48h02.4 4胶塞固化后将试验工装固定在旋转钻进装置试验台上。2
24、.5 开启试验泵和旋转钻进装置，见表B.2推荐的钻头及钻进参数，或制造厂商和用户约定沾进参数进行钻进。2.6 确认胶塞钻穿后，拆开下接头，回收胶塞碎片。附录A（资料性）试验记录表机械固井胶塞试验记录表见表A.1表AJOo表A.1穿透压力试验记录表产品类型规格型号编号生产单位生产日期试验地点环境温度标准规定或设计要求试验数据（结果）结管柱内径mm试验液体泵送排量/（1.s）泵送压力/MPa工作温度/C保温时间min破裂压力/MPa流通压力/MPa破裂情况生：殓员：试验日期:表A.2密封压力试验记录表产品类型规格型号编号生产单位生产日期试验地点环境温度标准规定或设计要求试验数据（结果）结管柱内径m
25、m试验液体工作温度/保温时间min试验压力/MPa保压时间/min压路/MD品类型规格型号编号产单位生产日期验地点环境温度准规定没计要求试验数据（结果）管柱内径mm试验液体工作温度/保温时间min翻转压力/MPa旁通压力/MPa外观形态表A.3翻转压力试验记录表员：试验日期:表A.4承受回压能力试验记录表准规定没计要求试验数据（结果）品类型规格型号编号产单位生产日期、验地点环境温度绵仑管柱内径三1试验液体复合载荷/复合压力kN/MPa工作温度/保温时间min试验压力/MPa保压时间min压降/MPa胶塞头与碰压座接触情况表A.5刮拭能力试验记录表产品类型规格型号编号生产单位生产日期试验地点环境
26、温度标准规定或设计要求试验数据（结果）结管柱内径mm试验液体注入体积/1.第1次第2次第3次第4次平均值排出体积/1.刮拭效率C%外观形态生:险员:试验日期:表A.6通过能力试验记录表产品类型规格型号编号生产单位生产日期试验地点环境温度标准规定或设计要求试验数据（结果）结管柱内径mm泵送排量/（1.s）泵送压力/MPa通过次数通过长度/m外观形态主:验员:试验日期:试验日期:表A.7耐磨性能试验记录表品类型规格型号编号产单位生产日期验地点环境温度准规定没计要求试验数据（结果）雌管柱内径mm试验液体试验前质量/g试验后质量/g胶塞初始外径mm唇片1唇片2唇片3唇片4唇片5唇片6试验后胶塞外径mm
27、唇片初始厚度11三试验后唇片厚度mm泵送排量/（1.s）通过长度/m耐磨性能单位长度质量损失率）/%外观形态员:表A.8压缩变形试验记录表品类型规格型号编号产单位生产日期验地点环境温度准规定没计要求试验数据（结果）辘管柱内径mm静置时间/hU1.oII|I1.PIIAA.9防转能力试验记录表产品类型规格型号编号生产单位生产日期试验地点环境温度标准规定或设计要求试验数据（结果）结试验扭矩（N-m）防转齿形态生：险员：试验日期：表A.10可钻性能试验记录表产品类型规格型号编号生产单位生产日期试验地点环境温度标准规定或设计要求试验数据（结果）结管柱内径mm试验液体钻头类型规格钻压/kN排量/(1.s)转速/(rmin)扭矩/(Nm)钻穿时间min胶塞碎片形态和钻头磨损情况生:验员:试佥日期:附录B（资料性）试验参数推荐表几械固井胶塞试验参数推荐表见表B.1、表B.2。表B.1胶塞泵送排推荐表胶塞公称尺寸排量nun1./s738981410114014201405081634表B.2胶塞可钻性能试验钻头及钻进参数推荐表钻头类型钻压kN转速r/min排量1./s牙轮钻头9D13.5D40602.58D注：表中的字母Tr为采ffl英制尺寸的钻头直径。
