SY/T 5099-2024 石油测井仪器环境试验及可靠性要求

　　中华人民共和国石油天然气行业标准

　　SY/T 5099-2024

　　代替SY/T5099—2007

　　石油测井仪器环境试验及可靠性要求

　　Environmental test and reliability require

　　国家能源局

　　目

　　前言 Ⅱ

　　1范围 1

　　2规范性引用文件 1

　　3 术语和定义 1

　　4 组成及分类 1

　　4.1组成 1

　　4.2分类 1

　　5要求 2

　　5.1地面仪器 2

　　5.2 下井仪器 3

　　6试验方法 6

　　6.1 基准工作条件 6

　　6.2试验设备 7

　　6.3试验项目 7

　　6.4 工作温度试验 8

　　6.5贮存温度试验 8

　　6.6湿度试验 9

　　6.7 振动试验 9

　　6.8冲击试验 9

　　6.9运输试验 9

　　6.10压力试验 9

　　6.11高温高压试验 9

　　6.12连续工作时间试验 10

　　6.13

　　前　　言

　　本文件按照GB/T 1.1—2020《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

　　规定起草。

　　本文件代替SY/T5099—2007《石油测井仪器环境试验及可靠性要求》,与SY/T 5099—2007相比， 除结构调整和编辑性改动外，主要技术变化如下：

　　a) 更改了仪器组成及分类(见第4章，2007年版的第3章);

　　b)更改了下井仪器温度、压力分级(见5.2,2007年版的4.1);

　　c) 更改了环境试验项目要求(见6.3,2007年版的5.2);

　　d) 更改了振动试验内容(见6.7,2007年版的5.6);

　　e) 更改了压力试验内容(见6.10,2007年版的5.9);

　　f)更改了高温高压试验内容(见6.11,2007年版的5.10)。

　　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。

　　本文件由石油工业标准化技术委员会石油仪器仪表专业标准化技术委员会(CPSC/TC3)提出并归口。

　　本文件起草单位：中国石油集团测井有限公司、中石化经纬有限公司、中海油田服务有限公司、西安石油大学。

　　本文件主要起草人：陈鹏、于昊、王水航、王江波、宋涛、柏爱川、刘杰、贾文耀、杨频、周太柱、赵敏、宫璇、宋宇、王林、臧德福、曹守敏、李国玉、王智明、陶爱华、田志宾、邢亚敏等。

　　本文件及其所代替文件的历次版本发布情况为：

　　——1985年首次发布为SY/T 5099—1985;

　　——2007年第一次修订;

　　——本次为第二次修订。

　　1范围

　　本文件规定了石油测井仪器的环境试验及可靠性的要求，描述了相应的试验方法。

　　本文件适用于石油测井仪器的设计、制造及检验。

　　2 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，注日期的引用文件，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)适用于本文件。

　　GB/T6587 电子测量仪器通用规范

　　SY/T5102 石油勘探开发仪器基本环境试验方法

　　3

　　本文件没有需要界定的术语和定义。

　　4

　　4.1

　　测井仪器由地面仪器、下井仪器组成。

　　4.2

　　4.2.1

　　地面仪器环境按工作条件分为两组：

　　a)A1组环境：有空调的工作环境;

　　b)A2组环境：无空调的工作环境。

　　4.2.2

　　下井仪器涵盖下井作业的测井仪器、工具的指标要求。环境按照井内最高工作温度和井下振动级别分为八组：

　　a)B1组环境：155℃,29.4m/s²;

　　b)B2组环境：175℃,29.4m/s²;

　　c)B3组环境：200℃,29.4m/s²;

　　d)B4组环境：235℃,29.4m/s²;

　　e)B5组环境：260℃,29.4m/s²;

　　f)B6组环境：155℃,196m/s²;

　　g)B7组环境：175℃,196m/s²;

　　h)B8组环境：200℃,196m/s²。

　　注：a)～e)为电缆测井仪器环境分组，f)～h)为随钻测井仪器环境分组。本分组系选取最常用的下井仪器最高工作温度，高于260℃或低于155℃的下井仪器环境分组见表2、表3。

　　5

　　5.1

　　地面仪器环境试验及可靠性要求见表1。

　　表1地面仪器环境试验及可靠性要求

　　地面仪器环境试验项目 A类环境条件分组 A1 A2

　　温度 贮存条件

　　℃ -20～60 -40～70 工作条件

　　C 5～45 -10～55

　　湿度

　　贮存条件 温度℃ 40 50 时间h 12 24 相对湿度% 90 90

　　工作条件 温度℃ 30 50 相对湿度

　　% 20～75 20～90

　　振动

　　(非包装状态) 频率循环范围

　　Hz 5～55～5 加速度m/s² 19.6 扫频速率oct/min

　　≤1 循环次数

　　次 ≥3 振动方向 X,Y,Z 工作状态 不工作

　　SY/T

　　表1(续)地面仪器环境试验项目 A类环境条件分组 A1 A2

　　冲击 加速度

　　m/s² 147 294 脉冲持续时间

　　ms 6±1 11±1 冲击次数 X,Y,Z轴向各1次 工作状态 不工作 波形 半正弦波

　　运输(带包装) 振动频率

　　Hz 5、10、20、30 加速度m/s² 9.8 持续时间

　　min 每个频率点30

　　可靠性 连续工作时间

　　h ≥96 平均故障间隔时间(MTBF)h ≥300

　　5.2.1

　　下井仪器最高工作温度分级为：85℃、100℃、125℃、155℃、175℃、200℃、235℃、260℃、

　　315℃、400℃。

　　下井仪器最大环境压力分级为：30MPa、40MPa、50MPa、60MPa、70MPa、80MPa、100MPa、

　　120MPa、140MPa、170MPa、210MPa、240MPa、300MPa。

　　5.2.2

　　选取下井仪器最高工作温度和最大环境压力，可按井下温度t 和井下压力p 值为依据，其计算公式如下：

　　a) 井下温度t 按公式(1)计算：

　　t=t+D·L/100 ………………………………….(1)

　　式中：

　　t—井下温度，单位为摄氏度(℃);

　　t———地表温度(海底温度),单位为摄氏度(℃);

　　D——井深，单位为米(m);

　　L——地温梯度，单位为摄氏度每百米(℃/100m)。

　　b) 井下压力p按公式(2)计算：

　　p=D·p-g×10⁻³ …………………………………(2)

　　SY/T 5099—2024

　　式中：

　　p—井下压力，单位为兆帕(MPa);

　　g— 重力加速度，单位为米每二次方秒(m/s²);

　　D——井深，单位为米(m);

　　p— 钻井液密度，单位为克每立方厘米(g/cm³)。

　　水平井井筒内温度压力的计算依据经验公式，水平段按垂直深度等效估算，并结合现场实际测量取最大值。

　　5.2.3 下井仪器温度与压力匹配

　　下井仪器温度与压力的匹配按照井况分为裸眼井、油管套管井两类：

　　a) 裸眼井下井仪器温度与压力匹配见表2;

　　b)油管套管井下井仪器温度与压力匹配见表3。

　　表2裸眼井温度与压力匹配 温度℃ 压力

　　MPa 50 60 70 80 100 120 140 170 210 240 300 85 掌 * * * 掌 * * * 事 掌 100 一 * * 零 * * * * * * * 125 一 一 * * * 掌 * * * * * 155 一 一 一 * * * * * * * 175 一 一 一 * * * 事 零 200 一 一 一 * 事 * 事 * 235 一 一 一 一 * * * 260 一 一 一 一 一 * * * 315 一 一 一 一 一 一 * 掌 400 一 一 一 一 一 一 一 * 注：“*”表示可选用的温度与压力匹配值。

　　表3油管套管井温度与压力匹配

　　温度℃ 压力

　　MPa 30 40 50 60 70 80 100 120 140 170 210 240 300 85 * * * * * * * * * * * * * 100 一 * * * * * * * * * * * * 125 一 一 * * * * * * * * * * * 155 一 一 一 * * * * * * 零 掌 * * 175 一 一 一 一 * * * * * * * * * 200 一 一 一 一 一 * * * * * * * *

　　表3(续)

　　温度℃ 压力

　　MPa 30 40 50 60 70 80 100 120 140 170 210 240 300 235 一 一 一 一 一 一 一 * * * * * * 260 一 一 一 一 一 一 一 一 * * * * * 315 一 一 一 一 一 一 一 一 一 * * * 400 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 * * * 注：“*”表示可选用的温度与压力匹配值。

　　下井仪器环境试验及可靠性要求见表4。

　　表4下井仪器环境试验及可靠性要求 下井仪器环境试验项目 B类环境条件分组 B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 B8

　　温度 贮存条件℃ 40～70 工作条件℃ -20~155 -20

　　175 -20

　　200 -20~235 -20~260 -20~155 -20~175 -20~200 工作持续时间

　　h ≥2(最高温度下) ≥20(最高温度下)

　　振动

　　(非包装状态) 频率循环范围

　　Hz 5～150~5 5-200～5 5～500～5 加速度m/s² 29.4 196 扫频速率oct/min ≤1 循环次数

　　次 ≥3 工作状态 不工作 工作

　　冲击 加速度m/s² 490 980 4900 脉冲持续时间

　　ms 11±1 11±1 冲击次数 轴向或横向1次 工作状态 不工作 工作 波形 半正弦波

　　SY/T

　　表4(续) 下井仪器环境试验项目 B类环境条件分组 B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 B8 压力 液压

　　MPa 按表2或表3选取

　　运输

　　(带包装) 振动频率

　　Hz 5、10、20、30 加速度m/s² 9.8 持续时间min 每个频率点30

　　可靠性 连续工作时间h ≥24 ≥200 平均故障间隔时间

　　(MTBF)

　　h

　　≥400

　　≥500

　　6 试验方法

　　6.1 基准工作条件

　　基准工作条件的基准值或范围、公差见表5。

　　表5基准工作条件 序号 影响量 基准值或范围 公差 1 环境温度

　　℃ 20 ±10 2 相对环境湿度

　　% 45%～75% 一 3 大气压

　　kPa 86～106 一 4 交流供电电压

　　V 110/220 ±10% 5 交流供电频率

　　Hz 50/60 ±5% 6 交流供电波形 正弦波 β*=0.05 7 直流供电电压

　　V 额定值 ±10% 8 外电磁场干扰 避免 一 注：“β”为失真因子，即交流供电电压波形应保持在(1+β)Asin(ot)与(1-β)Asin(ot)所形成的包络之间。

　　SY/T

　　6.2

　　试验所需的试验设备的准确度及测量范围等条件应满足所做试验项目的相应要求。至少应包括：

　　a)常规测试仪表，包括数字万用表、双踪示波器、数字式频率计等;

　　b) 专用下井仪器测试台架;

　　c) 计算机测试系统;

　　d)深度模拟器;

　　e) 遥传短节、电缆模拟器、测试连接器、测试盒;

　　f)地面仪器;

　　g)下井仪器;

　　h)环境试验设备，包括温度试验箱(容积至少是受测试仪器的三倍)/筒、振动试验台、冲击试验台、运输振动试验台、振动工装夹具、高温高压试验带电检测工装、高温高压试验装置、钻井液循环模拟试验装置等。

　　6.3试验项目

　　测井仪器环境试验型式检验项目见表6。

　　表6测井仪器环境试验型式检验项目

　　序号

　　试验项目

　　地面仪器型式检验

　　下井仪器型式检验 1 工作温度试验 2 贮存温度试验 ● 3 湿度试验

　　一 4 压力试验 ● 5 高温高压试验

　　一 ● 6 振动试验 ● ● 7 冲击试验 ● ● 8 运输试验 ● ● 9 连续工作时间试验 ● ● 10 平均故障间隔时间试验 ● 注：“●”为必检项目;“一”为不检项目。

　　6.4 工作温度试验

　　6.4.1

　　按照GB/T6587规定的方法进行低温试验，试验时序见图1,要求如下。

　　a)室温下，对被测仪器进行外观检查和性能检测。

　　b) 将被测仪器放入温度试验箱内，通电，测试;按表1或表4选取参数进行降温，温度变化率应保持在(0.7～1)℃/min(5min内的平均值);将温度试验箱的温度降至规定的下限工作温度，恒温2h后，进行测试。

　　c) 将被测仪器拿出温度试验箱，大气常温条件下恢复24h后，进行测试。

　　d) 试验结束后，判定结果是否符合产品标准要求。

　　6.4.2

　　按照GB/T6587规定的方法进行高温试验，试验时序见图1,要求如下：

　　a)室温下，对被测仪器进行外观检查和性能检测。

　　b) 将被测仪器放入温度试验箱内，通电，测试;按表1或表4选取参数进行加温，温度变化率应保持在(1～3)℃ /min(5min内的平均值);升温过程中，在规定的温度间隔点上进行性能测试;当温度升至规定的上限工作温度，恒温2h后进行测试。

　　c) 将温度试验箱的温度逐渐降低至室温，进行测试。

　　d) 试验结束后，判定结果是否符合产品标准要求。

　　正常大气条件：温度为15℃~35℃,相对湿度为45%～75%,大气压为86kPa～106kPa。

　　图

　　6.5

　　按照GB/T6587规定的方法进行贮存温度试验，试验时序见图1,要求如下：

　　a) 地面仪器按表1、下井仪器按表4选取参数，进行试验;

　　b) 试验结束后，判定结果是否符合产品标准要求。

　　6.6湿度试验

　　按照GB/T 6587规定的方法进行湿度试验，要求如下：

　　a) 地面仪器根据表1选取参数进行试验;

　　b) 试验结束后，判定结果是否符合产品标准要求。

　　6.7

　　按照GB/T 6587规定的方法进行试验，要求如下。

　　a) 试验前，对被测仪器进行外观检查和性能检测。

　　b) 将被测仪器使用专用振动夹具固定在振动试验台上，A1-A2 不通电，按表1选取参数进行试验;B1-B5不通电，按表4选取参数进行试验;B6-B8 通电，按表4选取参数进行试验。

　　c)试验结束后，对被测仪器进行外观检查和性能检测，判定结果是否符合产品标准要求。

　　6.8

　　按照GB/T 6587规定的方法进行试验，要求如下：

　　a)试验前，对被测仪器进行外观检查和性能检测;

　　b)将被测仪器固定在冲击试验台上，不通电，按表1或表4选取参数进行试验;

　　c) 仪器的质量超过冲击试验台的负荷能力时，可对组成仪器的部件分别进行试验;

　　d) 仪器质量较大时，为了获得足够的激励，可采用较长的脉冲持续时间与较小的峰值加速度，但两者的乘积应与原试验条件两者乘积之值近似;

　　e)试验结束后，对被测仪器进行外观检查和性能检测，判定结果是否符合产品标准要求。

　　6.9

　　按照GB/T 6587规定的方法进行试验，要求如下：

　　a)试验前，对被测仪器进行外观检查和性能检测;

　　b)将被测仪器固定在运输振动试验台上，不通电，按表1或表4选取参数进行试验;

　　c)试验结束后，对被测仪器进行外观检查和性能检测，判定结果是否符合产品标准要求。

　　6.10

　　按照SY/T 5102规定的方法进行压力试验，要求如下：

　　a)试验前，对被测仪器进行外观检查和性能检测，无异常后，将被测仪器放入高压试验装置内，如需要可将引线引出与地面仪器连接，并通电检查仪器性能;

　　b) 按5.2.1选取参数，将压力逐渐升到额定值，恒压至少30min, 再降至正常大气压;

　　c)试验结束后，取出仪器，检查外观应无变形、无损伤，密封无渗漏，绝缘性能及电性能应符合产品标准要求。

　　6.11

　　按照SY/T5102规定的方法进行高温高压试验，要求如下：

　　a)试验前，对被测仪器进行外观检查和性能检测，无异常后，将被测仪器放入高温高压试验装置内，如需要可将引线引出与地面仪器连接，并通电检查仪器性能;

　　b)按表2或表3选取参数，升温、升压达额定值，恒温恒压保持至少30min后开始降温、降压，温度降至85℃以下时，可泄压;试验过程中，如需要可进行性能检测;

　　SY/T

　　c) 试验结束后，被测仪器恢复到室温后，通电检测，判定结果是否符合产品标准要求。

　　6.12连续工作时间试验

　　6.12.1

　　常温下，被测仪器与所需设备仪表连接好，通电、预热稳定后，按产品标准规定进行性能检测。

　　6.12.2

　　初始检测合格后，仪器连续运行时间按表1、表4或产品标准规定选取，其中：

　　a)地面仪器宜每隔4h进行一次测井功能测试;

　　b) 下井仪器宜每隔2h进行一次仪器性能测试。

　　6.12.3

　　上述试验过程结束后，对被测仪器进行性能测试，判定结果是否符合产品标准要求。

　　6.13

　　6.13.1

　　被测仪器的平均故障间隔时间以MTBF表 示 ，按公式(3)计算：

　　………………………………

　　(3)

　　式中：

　　MTBF—— 平均故障间隔时间，单位为小时(h);

　　t——被测仪器第i次的累计故障间隔时间，单位为小时(h);

　　N——试验过程被测仪器故障的总次数，N为自然数;从开机到关机结束试验，无故障发生的所有被测仪器总的故障次数，按N=1 取值。

　　6.13.2

　　选取若干台(支)仪器进行平均故障间隔时间试验，要求如下：

　　a) 试验前，对被测仪器进行外观检查和性能检测;

　　b)初始检测合格后，通电，使仪器均处于正常工作状态，并按规定对被测仪器进行监测;

　　c) 如发现某台被测仪器出现故障，应及时统计故障次数，记录故障间隔时间，排除故障后的仪器可继续进行试验，累计工作时间;

　　d)常规试验时间过长，可引入加速因子进行加速寿命试验;

　　e) 被测仪器的平均故障间隔时间按公式(3)计算，判定结果是否符合表1、表4或产品标准要求。

　　6.13.3

　　按照6.13.2方法进行试验，要求如下：

　　a) 将被测地面仪器与专用装置或组合下井仪器连接，通电;

　　b) 连续运行测井程序，检测功能，每隔4h测试一次，判定结果是否符合表1或产品标准要求。

　　6.13.4

　　按照6.13.2方法进行试验，要求如下：

　　a)将被测下井仪器放入温度试验箱，与测试台架连接，通电，连续运行检测程序，测试性能;

　　b) 按6.4.2规定加温，最高温度达额定值的90%,每隔8h 重复一次加温、恒温、降温过程，判定结果是否符合表4或产品标准要求。