Предварительный национальный стандарт ПНСТ 577-2021 "Нефтяная и газовая промышленность. Системы подводной добычи. Аттестация неметаллических уплотнительных материалов и производителей" (утв. и введен в действие приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 7 декабря 2021 г. N 51-пнст)

Petroleum and natural gas industry. Subsea production systems. Qualification of non-metallic sealing materials and manufactures

УДК 622.276.04:006:354
ОКС 75.020

Срок действия - с 1 мая 2022 г.
до 1 мая 2025 г.

Предисловие

1 Разработан Обществом с ограниченной ответственностью "Газпром 335" (ООО "Газпром 335")

2 Внесен Техническим комитетом по стандартизации ТК 023 "Нефтяная и газовая промышленность"

3 Утвержден и введен в действие Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 7 декабря 2021 г. N 51-пнст

Введение

Создание и развитие отечественных технологий и техники для освоения шельфовых нефтегазовых месторождений должно быть обеспечено современными стандартами, устанавливающими требования к проектированию, строительству и эксплуатации систем подводной добычи. Для решения данной задачи Министерством промышленности и торговли Российской Федерации и Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии реализуется Программа по обеспечению нормативной документацией создания отечественной системы подводной добычи для освоения морских нефтегазовых месторождений. В объеме работ программы предусмотрена разработка национальных стандартов и предварительных национальных стандартов, областью применения которых являются системы подводной добычи углеводородов.

Целью разработки настоящего предварительного национального стандарта является установление технических требований к аттестационным испытаниям неметаллических уплотнительных материалов и аттестации производителей, задействованных при строительстве и эксплуатации систем подводной добычи углеводородов.

1 Область применения

1.1 Настоящий стандарт устанавливает технические требования к аттестационным испытаниям неметаллических уплотнительных материалов, применяемых при строительстве и эксплуатации систем подводной добычи углеводородов, а также к аттестации производителей.

1.2 Настоящий стандарт описывает принцип установления химической совместимости полимеров при длительной эксплуатации, основанный на схеме ускоренных испытаний компонентов, подвергаемых воздействию углеводородными жидкостями.

1.3 Стандарт не распространяется на испытания эксплуатационных характеристик и низкотемпературных свойств материалов.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ 262 (ИСО 34-79) Резина. Определение сопротивления раздиру (раздвоенные, угловые и серповидные образцы)

ГОСТ 4647 Пластмассы. Метод определения ударной вязкости по Шарпи

ГОСТ 4651 (ISO 604:2002) Пластмассы. Метод испытания на сжатие

ГОСТ 4670 (ISO 2039-1:2001) Пластмассы. Определение твердости. Метод вдавливания шарика

ГОСТ 11262 (ISO 527-2:2012) Пластмассы. Метод испытания на растяжение

ГОСТ 16504 Система государственных испытаний продукции. Испытания и контроль качества продукции. Основные термины и определения

ГОСТ 20403 Резина. Метод определения твердости в международных единицах (от 30 до 100 IRHD)

ГОСТ 24621 (ISO 868:2003) Пластмассы и эбонит. Определение твердости при вдавливании с помощью дюрометра (твердость по Шору)

ГОСТ 24622 (ИСО 2039/2-87) Пластмассы. Определение твердости. Твердость по Роквеллу

ГОСТ 34370 (ISO 527-1:2012) Пластмассы. Определение механических свойств при растяжении. Часть 1. Общие принципы

ГОСТ ISO 37 Резина или термопластик. Определение упругопрочностных свойств при растяжении

ГОСТ ISO 2781 Резина и термоэластопласты. Определение плотности

ГОСТ Р 54293 Анализ состояния производства при подтверждении соответствия

ГОСТ Р 54553 Резина и термоэластопласты. Определение упругопрочностных свойств при растяжении

ГОСТ Р ИСО 306 Пластмассы. Термопластичные материалы. Определение температуры размягчения по методу Вика

ГОСТ Р ИСО 815-1 Резина и термоэластопласты. Определение остаточной деформации при сжатии. Часть 1. Испытания при стандартной или повышенной температурах

ГОСТ Р ИСО 7619-1 Резина вулканизованная или термопластичная. Определение твердости при вдавливании. Часть 1. Метод с применением дюрометра (твердость по Шору)

Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты" за текущий год. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого стандарта с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого стандарта с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего стандарта в ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку.

3 Термины и определения

В настоящем стандарте применены термины по ГОСТ 32794, ГОСТ 16504 и ГОСТ Р 50304, а также следующий термин с соответствующим определением:

3.1 взрывная декомпрессия: Быстрое падение давления в газосодержащей системе высокого давления, нарушающее равновесие между внешним давлением газа и концентрацией газа, растворенного в любом полимере.

Примечание - Если скорость падения давления выше скорости диффузии природного газа, может произойти образование пузырей или разрыв.

4 Сокращения

В настоящем стандарте применены следующие сокращения:

ДСК - дифференциальная сканирующая калориметрия;

ДМА - динамический механический анализ;

ДМТА - динамический механический термический анализ;

МДСК - модулированная дифференциальная сканирующая калориметрия;

ТМА - термомеханический анализ.

5 Технические требования

5.1 Выбор материала должен быть основан на оценке совместимости с условиями эксплуатации, функциональностью при обслуживании и сроком службы конструкции.

5.2 Настоящий стандарт рассматривает следующие свойства и характеристики материалов:

- устойчивость к химическим/физическим изменениям материала при длительной работе;

- устойчивость к взрывной декомпрессии.

5.3 Стандартный расчетный срок службы материалов в определенной среде должен составлять 25 лет, и поэтому в ходе испытаний должен быть задокументирован 25-летний расчетный срок службы.

5.4 Полимеры, используемые при эксплуатации, должны быть получены от тех же производителей материалов, которые используют их для испытаний материалов.

5.5 Ответственность за предоставление всей необходимой информации об условиях технического обслуживания и окружающей среде несет оператор объекта.

5.6 Низкотемпературные функциональные испытания рекомендуется проводить в соответствии с ([1], приложение F).

5.7 Информация о характеристиках термопластичных материалов приведена в ([2], приложение А), а эластомерных материалов - в ([3], приложение С).

6 Требования к документации

6.1 Общие положения

6.1.1 Необходимая документация включает в себя отчет об испытаниях, технический паспорт и сертификат контроля качества.

6.1.2 Требования к отчету об испытаниях приведены в разделах 7 и 8 и приложениях А и Б.

6.1.3 Каждый используемый материал должен быть идентифицирован таким образом, чтобы обеспечить прослеживаемость от изготовителя компаунда до сертификата контроля качества материала. Каждая партия материала должна сопровождаться сертификатом контроля качества.

6.1.4 Требования к техническому паспорту и сертификату контроля качества материала приведены в таблице 1 для эластомеров и в таблице 2 для термопластичных материалов.

6.1.5 Результаты испытаний на старение должны включать тип испытательной жидкости и расчетный срок службы при данной температуре.

6.1.6 Результаты испытаний эластомеров на устойчивость к взрывной декомпрессии должны включать тип жидкости, давление и температуру испытания, а также рейтинг испытаний.

6.1.7 Основные параметры и допуски для контроля качества должны быть определены на основе результатов испытаний, проведенных в соответствии с настоящим стандартом.

Таблица 1 - Требования к техническому паспорту и сертификату контроля качества для эластомерного материала

Свойства	Технический паспорт	Сертификат контроля качества
Плотность (ГОСТ ISO 2781)	D 1)	В 2)
Твердость (ГОСТ 20403/ГОСТ Р ИСО 7619-1, тип А по Шору)	D	В
Упругопрочностные свойства (ГОСТ ISO 37, ГОСТ Р 54553)	D	В
Остаточная деформация при сжатии (ГОСТ ISO 815-1)	D
Низкотемпературные характеристики по ДСК, ДМА, ТМА или ДМТА	D
Прочность на разрыв (ГОСТ 262, метод А)	D
Температура сокращения (см. [4])	D
Характеристики старения/взрывная декомпрессия (см. [3], приложения А, В)	D a 3)
Газопроницаемость под высоким давлением	DH 4)
1) D: Свойства должны быть задокументированы для каждого поставщика и каждого типа материала. Номинальные значения с допусками должны быть приведены в техническом паспорте. 2) В: Свойства, которые должны быть задокументированы по партиям продукта, минимум 5 образцов для испытаний на каждую партию продукта с представлением всех результатов. Критерии приемлемости должны быть установлены до испытания и основаны на результатах испытаний (т.е. сертификат контроля качества). 3) D a Характеристики старения должны, как минимум, включать в себя тип испытательной жидкости и предполагаемый расчетный срок эксплуатации при данной температуре. Эксплуатационные характеристики взрывной декомпрессии должны включать тип жидкости, давление и температуру испытания, а также рейтинг испытания. 4) DH: Так же как D, но в особенности при использовании всех крупных компонентов, подвергающихся воздействию газа(ов) под высоким давлением. Примечание - Выбор стандартов приведен в скобках. Могут быть использованы эквивалентные стандарты. Если испытания проводятся с использованием других стандартов, они должны быть указаны в отчете об испытаниях. Характеристики, которые не относятся к ожидаемым условиям эксплуатации и/или типу материала, могут быть исключены.

Таблица 2 - Требования к техническому паспорту и сертификату качества для термопластичного материала

Свойства	Технический паспорт	Сертификат контроля качества
Плотность (см. [5], [6])	D 1)	В 2)
Твердость (ГОСТ 24621, тип D по Шору, ГОСТ 4670, ГОСТ 24622)	D	В
Свойства при растяжении (ГОСТ 34370, ГОСТ 11262)	D	В
Свойства при сжатии (ГОСТ 4651)	D
Ударопрочность (ГОСТ 4647)	D
Измерение температуры стеклования с помощью ДСК или МДСК	D
Характеристики старения (приложение А)	D a 3)
Точка размягчения (ГОСТ Р ИСО 306)	D
Сопротивление ползучести при постоянных растягивающих и сжимающих нагрузках (см. [7])	S 4)
1) D: Свойства должны быть задокументированы для каждого поставщика и каждого типа материала. Номинальные значения с допусками должны быть приведены в техническом паспорте. 2) В: Свойства, которые должны быть задокументированы по партиям продукта, минимум 5 образцов для испытаний на каждую партию продукта с представлением всех результатов. Критерии приемлемости должны быть установлены до испытания и основаны на результатах испытаний (т.е. сертификат контроля качества). 3) D a Характеристики старения должны, как минимум, включать в себя тип испытательной жидкости и предполагаемый расчетный срок эксплуатации при данной температуре. Эксплуатационные характеристики взрывной декомпрессии должны включать тип жидкости, давление и температуру испытания, а также рейтинг испытания. 4) S: Свойства, установленные с помощью специального функционального испытания, - не являются частью настоящего стандарта, только документ с руководящими указаниями. Примечание - Выбор стандартов приведен в скобках. Могут быть использованы эквивалентные стандарты. Если испытания проводятся с использованием других стандартов, они должны быть указаны в отчете об испытаниях. Характеристики, которые не относятся к ожидаемым условиям эксплуатации и/или типу материала, могут быть исключены.

7 Аттестационные испытания эластомерных материалов

7.1 При проведении испытаний эластомерных материалов рекомендуется руководствоваться ([3], раздел 7).

7.2 Отчет об испытаниях должен содержать все элементы, показанные в отчете испытаний, приведенном в таблицах Б.1 и Б.2.

8 Аттестационные испытания термопластичных материалов (старение)

8.1 Общие положения

8.1.1 Технические требования к испытаниям термопластичных материалов описаны в приложении А.

8.1.2 Режим испытаний на старение должен быть разработан на основе анализа требований к техническому обслуживанию для различных компонентов оборудования и материалов. Такая оценка должна учитывать природу и тип всех жидкостей, которые контактируют с полимером с каждой стороной материала.

8.1.3 Срок службы материала в соответствующей среде эксплуатации должен оцениваться с использованием методик, описанных в приложении А.

8.2 Требования к испытаниям на старение

8.2.1 Общие положения

8.2.1.1 Настоящий стандарт определяет процедуры испытаний для прогнозирования прогрессирующей деградации термопластичных материалов, подвергаемых воздействию жидкостей при повышенном давлении и температуре в течение продолжительного периода времени.

8.2.1.2 Для того, чтобы оценить любые физические воздействия жидкости на термопластичный материал и термически ускорить любую химическую реакцию между жидкостью и термопластичным материалом, необходимо вызвать систематическое смещение уровней прочности на растяжение и связанных свойств в направлении заранее определенного предела допустимости.

Материал считается не соответствующим требованиям стандарта (т.е. истек его срок использования), когда этот предел достигнут. Эти данные используются для количественного определения срока службы и пригодности для технической эксплуатации.

8.2.1.3 При проведении испытаний на воздействие испытательными жидкостями при трех различных повышенных температурах, превышающих рабочую температуру и соответствующее давление, трижды будет достигнута допустимая граница, при этом самая высокая испытательная температура приведет к наименьшему времени наработки на отказ.

Построение логарифма времени наработки на отказ в зависимости от температуры испытаний должно приводить к линейной зависимости, позволяющей оценить срок технической эксплуатации при рабочей температуре.

8.2.1.4 Для ускоренного испытания верхнюю температуру испытания следует ограничить температурами, обеспечивающими процесс деградации в соответствии с диапазоном испытаний.

8.2.1.5 Заготовки для испытаний должны подвергаться старению в готовом виде.

8.2.1.6 Не допускается подвергать заготовки для испытаний механической обработке или последующей обработке после проведенных испытаний.

8.2.1.7 Термопластичный материал должен подвергаться воздействию в неограниченном режиме, когда жидкость может иметь свободный доступ ко всем поверхностям.

8.2.1.8 При экстраполяции данных из настоящих процедур должны применяться соответствующие статистические методы.

Например, если прогрессирующая деградация предположительно зависит от одного процесса химического старения, рекомендуется применять метод, основанный на зависимости, определяемой по уравнению Аррениуса.

Рекомендуется всегда сначала оценивать результаты на основе зависимости Аррениуса. Если зависимость, определяемая по уравнению Аррениуса, отсутствует или старение не происходит, то дальнейшие рекомендации необходимо получить, изучив приложение Е [3].

8.2.1.9 Испытательная среда, условия, оборудование, процедуры и требования к отчету об испытаниях подробно описаны в приложении А.

8.2.2 Критерии приемлемости

8.2.2.1 Критерии приемлемости должны быть определены до начала испытания на старение.

8.2.2.2 Следующие критерии были определены в качестве максимально допустимых диапазонов для конкретных характеристик, установленных в таблице 3.

Таблица 3 - Требования к характеристикам

Характеристика	Значение характеристики
Объем, %	+ 5/- 1
Растяжимость, %	50
Визуальный контроль	Не допускается растворение, растрескивание, образование пузырей или физическая деформация

8.2.2.3 Материалы из политетрафторэтилена и полиэфирэфиркетона без наполнителя, а также материалы из политетрафторэтилена и полиэфирэфиркетона, наполненные углеродом, стеклом и MoS ₂, считаются пригодными для эксплуатации в средах, содержащих до 2 % H ₂S и при температуре до 121 °С. По согласованию с заказчиком испытания на старения не проводят.

8.2.2.4 Результаты испытаний на растяжение должны использоваться для экстраполяции срока службы в соответствии с уравнением Аррениуса, см. А.4.4. Другие свойства можно использовать по согласованию с заказчиком.

8.2.3 Отчет об испытании

8.2.3.1 Испытания в соответствии с настоящим стандартом могут включать все или только согласованный выбор испытаний материалов, указанных в настоящем стандарте.

8.2.3.2 Документация должна быть предоставлена в соответствии с разделом 6.

8.2.3.3 Отчет об испытаниях должен содержать все элементы, показанные в примерном отчете испытаний, приведенном в таблице А.7.

9 Аттестация производителей неметаллических уплотнительных материалов

При проведении аттестации производителей неметаллических материалов следует применять порядок, правила принятия решений и оформления результатов работ по анализу состояния производства, установленные в ГОСТ Р 54293.

Библиография

[1]	ISO 10423:2009	Нефтяная и газовая промышленность. Буровое и эксплуатационное оборудование. Устьевое и фонтанное оборудование (Petroleum and natural gas industries - Drilling and production equipment - Wellhead and Christmas tree equipment)
[2]	ISO 23936-1:2009	Нефтяная, нефтехимическая и газовая промышленность. Неметаллические материалы, контактирующие со средами при добыче нефти и газа. Часть 1. Термопласты (Petroleum, petrochemical and natural gas industries - Non-metallic materials in contact with media related to oil and gas production - Part 1: Thermoplastics)
[3]	ISO 23936-2:2011	Нефтяная, нефтехимическая и газовая промышленность. Неметаллические материалы, контактирующие со средами при добыче нефти и газа. Часть 2. Эластомеры (Petroleum, petrochemical and natural gas industries - Non-metallic materials in contact with media related to oil and gas production - Part 2: Elastomers)
[4]	ISO 2921:2019	Каучук вулканизованный. Определение низкотемпературного стягивания (TR-тест) (Rubber, vulcanized - Determination of low-temperature retraction (TR test))
[5]	ISO 1183-1:2019	Пластмассы. Методы определения плотности непористых пластмасс. Часть 1. Метод погружения, метод жидкостного пикнометра и метод титрования. (Plastics - Methods for determining the density of non-cellular plastics - Part 1: Immersion method, liquid pycnometer method and titration method)
[6]	ISO 1183-2:2019	Пластмассы. Методы определения плотности непористых пластмасс. Часть 2. Определение плотности с помощью градиентной колонки (Plastics - Methods for determining the density of non-cellular plastics - Part 2: Density gradient column method)
[7]	ASTM D2990-2017	Методы испытаний на ползучесть при растяжении, сжатии и изгибе, а также разрушение при ползучести для пластмасс (Standard test methods for tensile, compressive, and flexural creep and creep-rupture of plastics)
[8]	EH 10204	Изделия металлические. Типы актов приемочного контроля (Metallic products. Types of inspection documents)

Ключевые слова: нефтяная и газовая промышленность, системы подводной добычи, испытания, неметаллические уплотнительные материалы.