CN114184488A - 油井光缆寿命快速测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种油井光缆寿命快速测试方法。包括:1)油井光缆的高温老化试验;2)测试尺寸变化率;3)测试护套回缩率;4)老化后冲击试验;5)测试剥离强度变化率。本发明提供了一种用于评估采用高分子材料与金属复合护套类型的油井光缆的使用寿命是否满足预期的测试方法。测试样品采用将用于下井的目标光缆,样品的测试的性能指标更具有针对性,测试方法简单可行,试验周期和参数可以根据检测方的高温高压釜设备检测能力进行调整,可直接用于指导验证油井光缆的使用寿命是否达到预期值。
Description
技术领域
本发明涉及光缆性能测试及验证技术领域,具体涉及油井光缆寿命快速测试方法,更具体地涉及一种使用高分子材料与金属复合护套类型的油井光缆通过加速老化试验方法对其预期寿命的评估方法。
背景技术
在油田的开发过程中,必须进行井下温度、压力等参数的测试,用于了解油气井在生产过程中井内流体的特性和状态,从而优化生产、提高油气采收率和产量。在油田测试中,井下的高温高压环境使得油井光缆容易被腐蚀导致使用寿命急剧下降,对油井光缆尤其是使用高分子材料和金属复合护套的油井光缆有着巨大的考验。为了验证和预测油井光缆的使用寿命,模拟光缆的使用场景,并通过人工加速老化的试验方法可以评估光缆的耐受性。它是将预处理后试验样品在给定条件的高温高压釜中进行老化试验,并在老化试验结束后通过观察和检测试样的物理性能及机械性能的变化,来评估样品光缆的使用寿命是否达到预期。当前,光缆传统的老化性能测试中,仅考虑了单一介质(热空气)、简单环境(温度、温湿度、时间),且测试方法不适用油井光缆的物理结构,因此针对采用高分子材料和金属复合护套的耐高温高压油井光缆的使用寿命的评估需要在一种综合的老化试验条件后进行物理性能和机械性能的测试,才能对其使用寿命进行准确的验证和评估。
发明内容
本发明针对现有油井光缆检测技术的缺失,提供了一种评估采用高分子材料和金属复合护套的油井光缆的使用寿命的试验方法,该方法利用高温高压釜设备,将适用于不同机械性能测试的预处理样品置于模拟井下环境中,并通过完成一定时间的高于井下环境的温度和压力后,测试样品在老化前后的物理和机械性能变化量以此来判定光缆的使用寿命是否可以达到预期。
本发明所提供的评估油井光缆的使用寿命的试验方法,包括如下步骤:
1)油井光缆的高温老化试验
1.1)样品的制备:待测油井光缆试样为样本单位的全段光缆上取一小段光缆,外护套表面无目力可见的气泡、砂眼和裂纹等缺陷;根据各项试验的样品长度和预处理方式不同,各老化后试验项目用样品的制备方法参照表1;
表1:样品的制备表
1.2)将所有待测油井光缆试样,去除表面灰尘、污渍等异物后放置于试剂中,将浸有试样的试剂放置于高温高压釜内,在老化试验压力Pt、老化试验温度Ft和试验时间T条件下进行加速老化试验,试验完成后,将高温高压釜泄压,立即取出所有试样,用具有吸水吸油性的无纺布擦干样品表面试剂,观察试样表面是否有缺陷;若有缺陷,则判定光缆的使用寿命不能达到预期;若无缺陷,则进行步骤2)的操作;
2)测试样品径向尺寸变化率
2.1)将步骤1)中外观检测后的I类油井光缆试样,用游标卡尺按照老化前试样的测量方式测量每个试样端的径向尺寸,并计算老化前后每一个试样A、B端的几何尺寸的变化率;
2.2)判定规则:对所有测试结果进行判定,变化率≤5%时为合格,若10%以上的测试结果>5%,则判定为光缆样品的使用寿命不能达到预期;反之,则全部I类样品进行步骤3)的操作;
3)测试样品护套轴向长度变化率
3.1)将步骤2)检测后的试样,用油表卡尺测量各试样的轴向长度,再计算老化前后样品的护套轴向长度变化率;
3.2)判定规则:对所有测试结果进行判定,变化率≤5%时为合格,若10%以上的测试结果>5%,则判定为光缆的使用寿命不能达到预期;反之,则全部I类样品进行步骤4)的操作;
4)测试样品老化后耐冲击性能
4.1)将步骤3)检测后的试样立即进行耐冲击性能试验,用游标卡尺测量各试样的冲击凹陷深度,再计算冲击凹陷变形率;
4.2)判定规则:对所有测试结果进行判定,凹陷变形率≤30%时为合格,若10%以上的测试结果>30%,则判定为光缆的使用寿命不能达到预期;反之,,则全部I类样品进行步骤5)的操作;
5)测试护套-金属间剥离强度变化率
5.1)将步骤1)中外观检测后的II类油井光缆试样进行护套-金属间剥离强度测试计算剥离强度平均值,对比老化前的剥离强度平均值计算老化前后变化率;
5.2)判定规则:若剥离强度的变化率≤30%,则判定光缆的使用寿命可以达到预期,反之,判定光缆的使用寿命不能达到预期。
上述方法中,所述油井光缆为采用高分子材料和金属复合护套的油井光缆。
上述方法步骤1.1)中,所述油井光缆试样的长度和数量应符合表1中的规定;
上述方法步骤1.2)中,所述试剂可为ISO1917规定的IRM902矿物油或使用方指定矿物油;
所述老化试验压力可为20-250MPa之间选取的某一压强;
所述老化试验温度可为150-280℃之间选取的某一温度,且不超过高分子材料的极限耐受温度;
所述加速老化试验时间的选择需要满足下面公式:
式中:
TL-光缆寿命期望,单位天;
Ft-老化试验温度,单位摄氏度,不超过高分子材料的极限耐受温度;
F0-实际使用环境温度,单位摄氏度;
Pt-老化试验压力,单位MPa,不超过高温试验釜的耐受压强;
P0-实际使用环境压强,单位MPa;
T-老化试验时间,单位天;
所述缺陷可为气泡、开裂或裂纹等。
步骤2.1)、3.1)中,从取出到尺寸测量完成的时间控制在10分钟以内;
上述方法步骤4.1)中,所述冲击试验的条件为:冲击能量10J;冲锤球面半径12.5mm;冲击次数1点1次;
从取出到冲击试验完成的时间控制在20分钟以内;
上述方法步骤5.1)中,依据YD/T 837.3―1996的实验方法,对老化前后的样品进行粘接护套的剥离强度测试。
上述方法中样品径向尺寸变化率、样品护套轴向长度变化率、护套-金属间剥离强度变化率、冲击凹陷变形率计算公式如下:
式中:
Lt-样品老化后测量值;
L0-样品老化前测量值;
η-变化率。
上述方法1)-5)中在老化试验结束后,无需等待试样的冷却。
本发明提供一种测试评估采用高分子材料和金属复合护套的油井光缆的使用寿命的加速试验方法,建立模拟油井光缆实际运行状态的试验条件,并利用高温高压釜进行一定时间、温度和压力下的加速老化试验,并测定老化前后试样的物理性能和机械性能的变化量,通过与所有检测项目的合格性指标要求对比,若各项性能的检测结果均100%满足指标要求,则认为光缆性能可以满足使用寿命期望;若样品的“径向尺寸变化率”、“护套轴向长度变化率”和“耐冲击性能”检测结果有10%及以下不满足指标要求时,允许重新抽取双倍样本单位重新对不合格项目进行复测,如果新样本能100%通过试验,则可判定光缆性能可以满足使用寿命期望;其余情况,则应判定不满足。
本发明进一步的改进在于:建立模拟油井光缆在油气环境中实际运行状态的试验条件包括:试验介质、试验压力、试验温度与试验样品状态。
本发明进一步的改进在于:高温高压加速老化试验参数的确定,通过参数间与光缆预期使用寿命模型得到。
本发明进一步的改进在于:检测老化后样品的耐冲击性能。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:本发明提供了一种用于评估采用高分子材料与金属复合护套类型的油井光缆的使用寿命是否满足预期的测试方法。测试样品采用将用于下井的目标光缆,样品的测试的性能指标更具有针对性,测试方法简单可行,试验周期和参数可以根据检测方的高温高压釜设备检测能力进行调整,可直接用于指导验证油井光缆的使用寿命是否达到预期值。
具体实施方式
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明,均为常规方法。
下述实施例中所用的材料、试剂等,如无特殊说明,均可从商业途径得到。
下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。本发明通过建立模拟油井环境中实际运行状态的试验条件,并利用高温高压釜开展加速高温高压试验,测定老化试验前后样品的物理性能的变化率和机械性能表现,参考本发明中性能变化的判定指标来评估样品光缆的使用寿命是否可以满足预期值。本发明中所有性能指标的测试均应在加速老化试验完成后立即检测,物理性能的测试不宜超过10分钟,机械性能测试不宜超过20分钟。
1光缆的高温老化试验
1.1制备样品,根据表1中的样品制备方式截取共计20段样品(I类样品不少于10段,用于测试样品的“老化后外观检测”、“径向尺寸变化率”、“护套轴向长度变化率”和“老化后耐冲击性能”;II类样品不少于10段,用于测试样品的“老化后外观检测”和“护套-金属间剥离强度变化率”);
1.2试验装置为高温高压釜;
1.3试剂为ISO1917规定的IRM902矿物油或客户指定矿物油;
1.4试验压力为20-250Mpa之间选取的某一压强;
1.5试验结果的判定,高温高压釜泄压后,将试样立即取出后观察试样表面是否有气泡,开裂或裂纹等缺陷。
试验时间的选择需要满足下面公式:
式中:
TL-光缆寿命期望,单位天;
Ft-老化试验温度,单位摄氏度,不超过高分子材料的极限耐受温度;
F0-实际使用环境温度,单位摄氏度;
Pt-老化试验压力,单位MPa,不超过高温试验釜的耐受压强;
P0-实际使用环境压强,单位MPa;
T-老化试验时间,单位天;
表2:公式举例
2测试尺寸变化率
2.1试样制备:截取10段(150±10)mm样品,对样品两端进行环切除掉10mm左右的高分子护套材料,露出金属单元并去除填充油膏以及光纤,并对样品标记AB端,依据GB/T2951.11-2008试验方法,对老化前样品的AB端的径向尺寸进行测量,精确到0.02mm;
2.2测试:待完成试样的老化试验后,从高温高压釜中取出样品,依据GB/T2951.11-2008试验方法,对老化后的样品的AB端的径向尺寸进行测量,计算老化前后光缆几何尺寸的变化率;
2.3试验结果的判定,变化率应≤5%;
3测试护套回缩率
3.1试样制备,截取10段(150±10)mm样品,并去除填充油膏以及光纤,用游标卡尺分别测试各样品的长度,精确到0.02mm,再完成1中的老化试验;
3.2测试,待完成试样的加温加压试验后,从高温高压釜中取出样品,立即对老化后的样品的长度进行测量,再计算老化前后光缆的护套回缩率,时间控制在10分钟以内试验;
3.3试验结果的判定,变化率应≤5%
4老化后冲击试验
4.1试验样品制备,截取10段(150±10)mm样品,并去除填充油膏以及光纤,完成1中的老化试验;
4.2试样冲击试验,待完成试样的加温加压试验后,从高温高压釜中取出样品,立即对光缆进行冲击,时间控制在20分钟以内试验;
冲击能量10J;
冲锤球面半径12.5mm;
冲击次数1点1次
4.3试验结果的判定,冲击凹陷变形率≤30%,光缆护套无可见开裂或裂纹等缺陷。
5剥离强度变化率
5.1试验样品制备
截取5段长度不少于150mm样品,并去除填充油膏以及光纤单元,在样品的一端使高分子材料与钢管分离,开剥30~50mm,将处理后的样品完成1中的老化试验;
5.2试样剥离强度,依据YD/T 837.3―1996的实验方法,对老化前后的样品进行粘接护套的剥离强度测试;
5.3试验结果的判定
剥离强度的变化率应≤30%。
尺寸变化率,护套回缩率,高分子材料-金属间的剥离强度变化率,计算公式如下:
式中:
Lt-样品老化后测量值;
L0-样品老化前测量值;
η-变化率。
实施例
明确样品光缆是否可以满足20年使用寿命预期,
油井使用环境信息:
油井温度≤150℃;
油井压力40MPa;
光缆寿命期望值≥7300天;
样品的制备,各试验项目的样品见下表
表3:样品制备表
3光缆的高温老化试验
3.1试验装置为高温高压釜(不搅拌);
3.2试剂为ISO1917规定的IRM902矿物油;
3.3试验参数,
依据检测单位的高温高压釜检测能力选择试验温度和压力参数,此处选择如下参数:
试验压力40MPa;
试验温度240℃;
3.4试剂为ISO1917规定的IRM902矿物油;
3.5计算老化试验时间,依据使用场景信息、样品预期寿命和检测设备的试验参数(见表3),确定老化时间,公式如下:
TL-光缆寿命期望,单位天;
Ft-老化试验温度,单位摄氏度,不超过高分子材料的极限耐受温度;
F0-实际使用环境温度,单位摄氏度;
Pt-老化试验压力,单位MPa,不超过高温试验釜的耐受压强;
P0-实际使用环境压强,单位MPa;
T-老化试验时间,单位天;
表3:样品信息及参数表
由公式得出,本次老化试验时间约为322小时。
4试验步骤
根据表2制备样品,并对需要老化的样品放置于IRM902矿物油中将浸有试样的试剂放置于高温高压釜中,严格按照高温高压釜的使用说明设置表3中的参数,进行加速老化试验,老化试验结束后,无需等待样品的冷却,迅速进行表4中的检测项目测试。
表4检测项目测试内容、方法以及结果要求
结论:样品光缆可以满足20年使用寿命预期。
Claims (5)
1.一种评估油井光缆的使用寿命的试验方法,包括如下步骤:
1)油井光缆的高温老化试验
将待测油井光缆试样放置于试剂中,将浸有试样的试剂放置于高温高压釜中,在老化试验压力Pt、老化试验温度Ft和试验时间T条件下进行加速老化试验,将高温高压釜泄压,立即取出所有试样,观察试样表面是否有缺陷;若有缺陷,则判定光缆的使用寿命不能达到预期;若无缺陷,进行步骤2)的操作;
2)测试样品径向尺寸变化率
2.1)将步骤1)中外观检测后的I类油井光缆试样,用游标卡尺按照老化前试样的测量方式测量每个试样端的径向尺寸,并计算老化前后每一个试样A、B端的几何尺寸的变化率;
2.2)判定规则:对所有测试结果进行判定,变化率≤5%时为合格,若10%以上的测试结果>5%,则判定为光缆样品的使用寿命不能达到预期;反之,则全部I类样品进行步骤3)的操作;
3)测试样品护套轴向长度变化率
3.1)将步骤2)检测后的试样,用油表卡尺测量各试样的轴向长度,再计算老化前后样品的护套轴向长度变化率;
3.2)判定规则:对所有测试结果进行判定,变化率≤5%时为合格,若10%以上的测试结果>5%,则判定为光缆的使用寿命不能达到预期;反之,则全部I类样品进行步骤4)的操作;
4)测试样品老化后耐冲击性能
4.1)将步骤3)检测后的试样立即进行耐冲击性能试验,用游标卡尺测量各试样的冲击凹陷深度,再计算冲击凹陷变形率;
4.2)判定规则:对所有测试结果进行判定,凹陷变形率≤30%时为合格,若10%以上的测试结果>30%,则判定为光缆的使用寿命不能达到预期;反之,,则全部I类样品进行步骤5)的操作;
5)测试护套-金属间剥离强度变化率
5.1)将步骤1)中外观检测后的II类油井光缆试样进行护套-金属间剥离强度测试计算剥离强度平均值,对比老化前的剥离强度平均值计算老化前后变化率;
5.2)判定规则:若剥离强度的变化率≤30%,则判定光缆的使用寿命可以达到预期,反之,判定光缆的使用寿命不能达到预期。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:所述油井光缆为采用高分子材料和金属复合护套的油井光缆。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法,其特征在于:步骤4)中,所述冲击试验的条件为:冲击能量10J;冲锤球面半径12.5mm;冲击次数1点1次。
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