Приложение М (справочное). Совместимость эластомерных материалов с буровыми растворами не на водной основе

Приложение М
(справочное)

Совместимость эластомерных материалов с буровыми растворами не на водной основе

М.1 Принцип

М.1.1 Влияние буровых растворов, особенно не на водной основе, на эластомерные материалы, используемые при бурении, может существенно затрагивать безопасность, успешность и затраты операций бурения. Изделия, в которых используются эластомерные материалы и которые могут подвергаться влиянию растворов в ходе операций бурения, включают уплотнения, прокладки, шланги, мембраны, рукава, статоры погружных электродвигателей и т.д. Различные свойства этих изделий ухудшаются при контакте с буровыми растворам не на водной основе, что влияет на их рабочие характеристики.

М.1.2 Измерение/прогнозирование таких влияний очень важно при выборе соответствующих комбинаций эластомер/буровой раствор для операции бурения и для установления рекомендаций по эксплуатации.

М.1.3 В добывающей промышленности существует множество различных методов испытаний для оценки этого влияния.

М.1.4 Целью данного приложения является предоставление стандартных методов анализа влияния буровых растворов не на водной основе на эластомеры, вступающие в контакт с такими растворами в ходе операций бурения. Поскольку соответствие между условиями отбраковочных испытаний эластомер/раствор и фактическими условиями эксплуатации весьма приблизительно и ввиду различия критериев приемки по результатам испытаний у различных пользователей, здесь не приводятся указания по интерпретации результатов испытаний.

М.1.5 Буровые растворы не на водной основе, определяемые в настоящем приложении, готовят с помощью природных или очищенных жидких нефтепродуктов, синтетических углеводородов или других синтетических жидкостей. Эти растворы имеют водные внутренние фазы, однако дисперсионная среда состоит из неводной жидкости. Все описанные или упомянутые здесь методы испытаний включают в себя измерения исходных свойств эластомеров, погружение эластомера в раствор при определенной температуре на определенное время и последующее измерение тех же свойств. Описанные методы дают сравнительные данные, на которых строится мнение о прогнозируемом поведении при эксплуатации.

М.1.6 В настоящем приложении даны ссылки на стандарты ISO, которые могут использоваться как стандартные проверочные испытания. Здесь также даны ссылки на методы испытаний ASTM и стандартные эталонные жидкости, которые были признаны соответствующими для испытания влияния буровых растворов на эластомерные материалы, используемые при бурении.

М.1.7 Полные пошаговые процедуры не приводятся, их можно приобрести в ISO или ASTM.

М.2 Аппаратура и реагенты

М.2.1 Стандартные эталонные эластомеры. Составы эластомеров, используемых как стандартные эталоны, описаны в стандартах ISO:

a) [3], раздел В.2, таблица В.1 - бутадиенакрилонитрильный каучук с 34 % (по весу) содержанием акрилонитрила по стандарту [10]. Считается представителем обычно используемых материалов, предназначенных не для тяжелых условий эксплуатации;

b) [3], раздел G.2, таблица G.1 - гидрогенизированный бутадиенакрилонитрильный каучуке 19 % (по весу) содержанием нитрильных групп и менее 0,1 % остаточных двойных связей по стандарту [10]. Считается представителем материалов, необходимых в условиях агрессивных химикатов и высокой температуры.

М.2.2 Стандартные эталонные жидкости для испытаний. Составы жидкостей, используемых как стандартные эталоны, описаны в стандартах ASTM:

a) см. стандарт [7], раздел 6 - промышленный эталонный углеводород с относительно низкой анилиновой точкой, имеющий сравнительно умеренное влияния на эластомеры;

b) рабочая жидкость по стандарту [7], раздел 6 - промышленное эталонное сложноэфирное синтетическое масло, ди-2-этилгексилсебацинат, весьма агрессивная среда для эластомеров.

М.3 Процедура. Подготовка образцов для испытаний

М.3.1 Подготовка образцов для всех указанных испытаний описана в стандартах [10] и [11].

М.3.2 Размеры стандартного образца для испытаний указаны в стандарте [7], 9.1.

М.4 Процедура. Изменение физических свойств эластомеров после погружения

М.4.1 Принцип

М.4.1.1 Методы испытаний приведены в стандарте [7], разделы 8, 9, 11 и 15. Считается, что этих измерений достаточно для определения влияния конкретного раствора на исследуемый эластомер. Выбранные температуры погружения соответствуют обычно используемым производителями. При необходимости могут использоваться другие температуры.

М.4.1.2 Изменения объема, прочности на растяжение, относительного удлинения и твердости эластомерных материалов после контакта с буровыми растворами не на водной основе являются типичными и ухудшают рабочие характеристики изделий с эластомерными материалами. Эти изменения могут вести как к повышению, так и к понижению свойства.

М.4.1.3 Данные методы охватывают лабораторное определение таких изменений в свободных образцах эластомеров после статического погружения в испытательный раствор при указанных температурах, на определенное время, при давлении окружающей среды. Заданные температуры погружения составляют 70 °С (158 °F) и 100 °С (212 °F).

М.4.1.4 Температуру поддерживают соответствующим способом, например, водяной баней, масляной ванной, печью с горячим воздухом или камерой старения.

М.4.1.5 Время погружения, используемое производителями, обычно составляет 168 ч (7 дней) и позволяет обеспечить достаточное равновесие.

М.4.1.6 Стандартные эталонные жидкости и стандартные эталонные эластомеры могут испытываться вместе с рабочими эластомерами и растворами, оцениваемыми на производимый ими соответствующий эффект.

М.4.2 Краткое описание процедуры погружения

М.4.2.1 Процедуры погружения указаны в стандарте [7], разделы 8 и 9.

М.4.2.2 Предварительные измерения свойств проводят на образцах согласно указанной процедуре с регистрацией результатов.

М.4.2.3 Затем образцы помещают в пробирку или стеклянную посуду, снабженную обратным конденсатором с водяным охлаждением, в которую испытательный раствор наливают до полного погружения образцов. Пускают воду через обратный конденсатор, повышают температуру испытательного раствора до требуемого значения и поддерживают в течение необходимого времени погружения.

М.4.2.4 Затем образцы извлекают, удаляют излишки раствора и проводят измерения свойств после погружения с регистрацией результатов. При использовании других температур и времени погружения их также указывают.

М.4.3 Краткое описание процедуры анализа изменения объема

М.4.3.1 Процедура анализа изменения объема описана в стандарте [7], раздел 11.

М.4.3.2 Исследуются три образца, как можно более идентичные. Начальный объем каждого образца измеряется по вытеснению воды.

М.4.3.3 Удаляют воду с образцов и проводят процедуры погружения, описанные в М.4.2 на каждом образце.

М.4.3.4 После погружения объем каждого образца вновь измеряется по вытеснению воды.

М.4.3.5 Изменение объема, выраженное в процентах от начального объема, вычисляют для каждого образца, после чего определяют и записывают среднее значение.

Примечание - Данная процедура применяется только для водонерастворимых растворов.

М.4.4 Краткое описание процедур анализа прочности на растяжение, относительного удлинения и твердости

М.4.4.1 Изменения прочности на растяжение, относительного удлинения и твердости описаны в стандарте [7], раздел 15.

М.4.4.2 Исходные значения прочности на растяжение и относительного удлинения измеряют в соответствии со стандартом [6] на трех образцах, вырезанных из одного листа или изделия, используемого для испытания с погружением по М.4.2. Испытания на прочность на растяжение и относительное удлинение также проводят на образцах после испытания с погружением. Изменение, выраженное в процентах от начального значения, вычисляют для каждого образца, после чего определяют и записывают среднее значение. Поскольку измерение относительного удлинения при разрыве ведет к разрушению образца, отдельные образцы должны использоваться для процедуры исходных измерений и измерений после погружения.

М.4.4.3 Исходное значение твердости измеряют в соответствии со стандартом [8] или [9] на трех образцах, вырезанных из одного листа или изделия, используемого для испытания с погружением по М.4.2. Испытания на твердость также проводят на образцах после испытания с погружением. Изменение, выраженное в процентах от начального значения, вычисляют для каждого образца, после чего определяют и записывают среднее значение. Поскольку измерение твердости изменяет свойства образца, отдельные образцы должны использоваться для процедуры исходных измерений и измерений после погружения.

М.5 Процедура. Влияние погружения на образец эластомера в напряженном состоянии

М.5.1 В дополнение к измерениям изменений объема, прочности на растяжение, относительного удлинения и твердости после погружения в испытательный раствор приводится метод, в котором образцы подвергаются напряжению (изгибу) и процедурам погружения по М.4.

М.5.2 После погружения проводят визуальное наблюдение за состоянием образца и записывают результаты.

М.5.3 Образцы для испытаний изгибают на угол 180° и фиксируют в этом положении соответствующим устройством, которое должно быть инертным к испытательному раствору.

М.5.4 Образцы подвергают процедуре погружения по М.4. После погружения образцы извлекают из испытательной посуды, удаляют излишки раствора и проводят визуальный осмотр их физического состояния.

М.5.5 Наблюдают и регистрируют изменение цвета, чрезмерное разбухание, растрескивание в области напряжений, протяженность трещин и другие характеристики состояния.