关于产品标准中对材料性能要求处理问题的探讨

李东传，朴庆梅，孙成艳，余海鹰

1.石油工业油气田射孔器材质量监督检验中心(黑龙江大庆163853)

2.中国石油大庆油田有限责任公司第五采油厂(黑龙江大庆163513)

关于产品标准中对材料性能要求处理问题的探讨

李东传1，朴庆梅1，孙成艳2，余海鹰1

1.石油工业油气田射孔器材质量监督检验中心(黑龙江大庆163853)

2.中国石油大庆油田有限责任公司第五采油厂(黑龙江大庆163513)

阐述了产品标准编写过程中如何处理与原材料性能相关的产品性能要求的问题。分析了SY/T 5562-2000《油气井用射孔枪》行业标准修订中的实际问题，完成了对该标准中材料性能要求与抽样不统一的问题的分析，结合井下施工需求、国内射孔枪产品质量控制现状等，提出了建立“材料”章、将材料性能检验与抽样统一的建议。正确处理好产品中原材料质量控制、生产过程中质量控制及产品材料性能检验问题，为标准的修订提供了依据。

产品标准;射孔枪;材料

标准的要求是表达如果声明符合标准需要满足的规则，并且不准许存在偏差的条款［1］。如果“要求”是一项标准中的“规范性要素”，则应用“要求”二字作为章标题。“要求”章中提出的要求是由要求型条款构成，不但需要满足，而且需要证实，并且应该能够做到。

产品标准的主要内容是规定产品应该满足的要求，包括适用性的要求。这些要求通常用性能特性表示。此外，为了验证是否满足各项要求，还需要有针对每项要求的试验方法，通过试验方法的测试，才能得到比较的数据，来判断各项要求是否满足［2］。

对产品的要求在“要求”章中规定，要求是针对产品的。对于那些由原材料通过机械加工直接制造的产品，材料性能要求对原材料也是适用的。

SY/T 5562-2000油气井用射孔枪［3］中的射孔枪拉伸性能无法直接检验，只能利用检验射孔枪材料的拉伸性能来代表产品的拉伸性能。然而，标准的“要求”章中的材料性能等内容与检验规则中的在原材料中抽取样品相矛盾。本文主要分析了问题产生的原因，并探讨了改进方法。

1 问题来源

2014年，根据《国家能源局关于下达2014年第一批能源领域行业标准制(修)订计划的通知》(国能科技［2014］号)，准备修订SY/T 5562-2000油气井用射孔枪。

SY/T 5562-2000中关于射孔枪拉伸性能的要求如下:

1)射孔枪主要受力零件的材料，其力学性能应符合下列要求:屈服强度:Rel≥724MPa;抗拉强度: Rm≥739MPa;断后伸长率:A4≥11%;硬度:(30～35)或(269～302)HB;横向冲击性能见表1。

2)主要受力件或承压件的磁粉检测应符合JB/ T 4730.4-2005［4］中的Ⅱ要求。

3)螺纹应符合国家或行业标准规定。

4)射孔枪应按GB/T 20488［5］的规定进行综合性能试验。模拟井打靶枪体裂纹长度不超过10mm。

表1 横向冲击性能

SY/T 5562-2000中对应的检验样品取样的内容如下:

1)拉伸试验。样品的抽取:从每一批热处理(或连续热处理时，每50个管件为一批)的管件中，任意抽取一段管子或半成品毛坯，切取拉伸试样进行试验。

2)硬度试验。样品的抽取:从每一热处理批(或连续热处理时，每50个管件为一批)的管件中任取一个试样进行试验，以确认符合硬度要求。试样应按标准中图1所示切取。

3)横向冲击试验。样品的抽取:从每一批热处理(或连续热处理时，每50个管件为一批)的管件中，任意抽取一段管子或半成品毛坯，切取冲击试样进行试验。

产品标准的《要求》章中的内容是针对产品的，通过对产品的出厂检验和型式检验来判定是否满足要求。而出厂检验、型式检验不能在原材料中抽取未形成产品的管材，只能在产品中抽取样品。因此，标准中上述抽样方法规定的内容是不合适的。

2 井下施工对射孔枪性能的要求

射孔完井时，需要使用电缆、油管或连续油管等工具将射孔器输送到目的油层，射孔后取出或直接投入生产。电缆输送的射孔器较短，一般不超过6m;油管输送的射孔器一般较长，直井射孔作业时可达数百米、水平井甚至达到1km。这就要求射孔枪不但有较好抗射孔冲击性能，还要具备足够的抗拉性能以及厚度，主要体现在射孔后的抗拉性能，以免脱落在井中。

3 射孔枪的拉伸性能检验

3.1 理想的检验方法——直接检验

射孔枪的抗冲击性能可以通过地面混凝土靶射孔试验和模拟井射孔试验来检验与评价。射孔枪的抗拉伸性能检验，即承受射孔作业时的起下管串时的应力检验最理想的方法是模拟井下管串受力情况进行射孔并检验。

按外径102mm、长500m的射孔器串在直井中的受力计算，射孔器串上部连接处的受力与下挂16～20t重物相当，考虑到井液浮力的作用，射孔器串在井下的实际受力要低一些。即使这样，在试验室内也很难模拟射孔器串在井下的受力情况进行检验。

如果将试验分成两部分，即射孔时不受力，射孔后对管串进行受力检验也是可以考虑的。射孔器检验时，普遍接受的能够代表现场射孔器性能的样品有效长度为1.0m，加上枪头、枪尾的长度一般不少于1.2m，能够进行这么大样品拉力试验的装置需要专门设计。但国内尚未见到专用试验装置的报道。

3.2 普遍采用的检验方法——间接检验

由于很难直接检验射孔枪样品在射孔后的受力情况，生产厂家尝试通过射孔枪材料的力学性能来间接反映产品的拉伸性能(表2)。通过大量的试验给出了相关的技术指标，满足现场对材料性能的要求，并建立了SY/T 5562-2000标准，实践证明该方法切实可行。

表2 枪管材料主要性能参数

目前使用的射孔枪均是按标准要求对材料性能检验合格后进行相应的加工、组装的，可以保证射孔枪的拉神性能。

4 产品性能的标准化

对于无法利用产品性能特性直接检验的性能可以考虑利用其材料性能间接检验。如果生产厂家希望通过标准规定原材料性能以便于原材料的验收和质量控制可以在产品标准中增加“材料”章;如果用于产品性能检验则可以将其放入“要求”章，当然，原材料的入厂检验也可以做为依据使用。

在“要求”章中规定的材料性能必需给出对应的试验方法和检验规则，而在“材料”章给出的材料性能为原材料性能则不必给出。

4.1 材料

鉴于目前国内射孔枪体使用的材料均是钢材、密封件均为橡胶，生产厂家希望使用标准来规定原材料的技术性能，为生产控制提供依据，通过控制生产射孔枪的管材性能来保证产品质量，则材料性能的相关内容应该在“材料”章中。

4.1.1 金属材料

1)射孔枪主要受力零件(枪体、枪头、枪尾、中间接头)的材料，其力学性能应符合下列要求:屈服强度:Rel≥724MPa;抗拉强度:Rm≥793MPa;断后伸长率:A4≥11%;硬度:(30～35)HRC或(269～302)HB;横向冲击性能要求见表1。

2)射孔枪和接头有含硫化氢环境的材料要求时，所有防腐设计和材料应按GB/T 20972.1-2008 (NACEMR0175/ISO 15156:203MOD)［6］相关标准进行。防硫的橡胶密封件依据环境、时间要求选择氟橡胶或全氟醚橡胶，也可在专业橡胶密封件制造商协助下选择，并提交用户符合防硫要求的证明性材料。

3)锻钢件应符合JB/T 5000.8［7］中Ⅱ类锻件的规定。

4)主要受力件或承压件的磁粉检测应符合JB/T 4730.4-2005中的Ⅱ级规定。

4.1.2 密封件

橡胶密封件表面不得有飞边、撕裂、硫化不良等缺陷存在，目视检测应符合GB/T 3452.2［8］的规定。

4.2 标准内容统一

如果“要求”章中含材料性能相关的内容，应是对产品的材料性能要求，其对应的检验应是“出厂检验”或“型式检验”，试验样品应在射孔枪样品中抽取。即，将SY/T 5562-2000中6.3.1.1、6.3.2.1和6.3.3.1条中的“从每一热处理批的管件中，任取一段管子或半成品毛坯”改为“从射孔枪组批中抽取样品”。

4.3 材料相关要求存在的问题

在标准中规定材料的成份等相关要求存在以下问题:

1)对于某些特殊井，满足以上指标要求的材料制造的射孔枪不一定能够满足现场需要。

2)规定了材料的技术指标不利于技术的发展，如国外已开始偿试使用的复合材料枪，其材料的某些性能不能满足以上规定。

5 结论与建议

1)对产品进行标准化首先遵循性能原则，然而，在实践中常常出现部分内容无法遵循上述原则，只能选用特性描述，但在涉及到材料性能要求时要慎重处理。“要求”章中的材料条款规定的是产品的性能，其试验方法、出厂检验或型式检验以及相应的抽样方法均与产品相对应。如果制定该条款的目的仅仅是用于原材料的入厂检验或质量控制则应放入“材料”章。

2)射孔枪抗拉性能是产品在使用中才能体现出来的特性，施工设计时也需要该参数，应该作为要求中的内容，但目前尚无成型的检测装置，建议开展相应的检测技术研究。

3)在SY/T 5562-2000“要求”章中规定射孔枪材料的抗拉强度等力学性能可行，可以满足产品的出厂检验、型式检验需要，达到控制产品质量的目的。但抽样应是在成品的射孔枪组批中取而不是在原材料的管组批中抽取，建议在标准修订时修正。如果生产厂家需要对材料进行检验可以在”原料”章中进行规定。

4)考虑到尽可能不要限制技术的发展，建议在条件允许时将产品标准中涉及到材料性能的要求修改为产品的性能特性。

［1］GB/T 1.1-2009标准化工作导则第1部分:标准的结构和编写［S］.

［2］白殿一.标准的编写［M］.北京:中国标准出版社，2009.

［3］SY/T 5562-2000油气井用射孔枪［S］.

［4］JB/T 4730.4-2005承压设备无损检测第4部分磁粉检测［S］.

［5］GB/T 20488-2006油气井聚能射孔器材性能试验方法［S］.

［6］GB/T 20972.1-2008(NACEMR0175/ISO 15156:203 MOD)石油天然气工业油气开采中用于含硫化氢环境的材料第1部分:选择抗裂纹材料的一般原则［S］.

［7］JB/T 5000.8-2007重型机械通用技术条件第8部分:锻件［S］.

［8］GB/T 3452.2液压气动用O形橡胶密封圈第2部分:外观质量检验规范［S］.

It is expounded how to dealwith the requirements of product properties concerned withmaterial properties in writing product standards.The practical problem involved in revising the industry standard SY/T 5562-2000“Perforating Gun for Oil and Gas Wells”，that is，the inconsistence of the requirements ofmaterial properties in the standard with the test properties of sampling products，is analyzed.According to downhole construction demands and the current situation of domestic perforation gun product quality control，it is suggested to add a chapter“Material”to the standard so as to unify the requirements ofmaterial properties in the standard with the test properties of samp ling products and correctly deal with the relationship among material quality control，product manufacturing process and productmaterial inspection，which provides the basis for the revision of the standard.

product standard;perforating gun;material

路萍

2014-10-23

李东传(1969-)，男，高级工程师，主要从事油气井用射孔器材检测技术工作。