Когда дело доходит до герметизации в суровых условиях эксплуатации, в нефтегазовой отрасли приходится выполнять одни из самых сложных задач. При работе с такими жидкостями, как углеводороды, и такими газами, как H2S, в сочетании с давлением, значительно превышающим 20 000 фунтов на квадратный дюйм, и температурой, достигающей 200 °C и выше, надежность уплотнения является абсолютной необходимостью для предотвращения непроизводительных простоев. Добавление в эту смесь ингибиторов коррозии на основе пара и аминов усложняет выбор материала в условиях скважины.

Для герметизации скважины доступны различные эластомерные материалы , однако перфторэластомеры (FFKM) обеспечивают самую высокую термостойкость и самую широкую химическую стойкость среди всех резиновых материалов. В течение всего срока службы FFKM обеспечивают превосходную общую стоимость владения за счет сведения к минимуму времени простоя оборудования благодаря большей надежности при повышенных температурах и агрессивных средах. По мере развития нефтепромысловых технологий с целью повышения эффективности и оптимизации добычи, технологии уплотнений также должны развиваться.

В недавнем примере компания JST применила свой опыт применения при изучении того, что потребуется для продления срока службы критически важного компонента, такого как электрический погружной насос (ESP) в скважинах SAG-D. Данные применения показали, что ЭЦН обычно работают при температуре от 135°C до 220°C с максимальными рабочими температурами около 250°C. Внутренний анализ опубликованных данных1 показал, что сочетание эксплуатационных улучшений с модернизированными критическими компонентами, такими как уплотнения, с материалами с высокой термостойкостью, такими как FFKM может снизить риск преждевременного отказа. Продлевая срок службы ЭСП, операторы могут избежать непроизводительных простоев и затрат на вывод ЭСП из эксплуатации задолго до планового технического обслуживания.

Проанализировав данные и основные виды отказов, JST собрала отзывы клиентов, подтверждающие гипотезу о том, что высокие температуры в сочетании с паром сокращают срок службы существующих уплотнительных решений в скважинах SAG-D. Эти результаты показали, что для повышения надежности в приложениях SAG-D требуется уплотнительное решение следующего поколения, сочетающее широкую химическую стойкость к типичным химикатам и жидкостям нефтяного месторождения и лучшее сохранение физических свойств после старения паром.

В сотрудничестве с нашими клиентами мы установили приемлемое сохранение свойств для нового соединения после агрессивного испытания на старение паром в течение 1 недели при 260°C. Это соединение продемонстрировало сохранение предела прочности при растяжении, относительного удлинения при растяжении и модуля с максимальной потерей менее 30% в дополнение к низкой твердости и изменению объема. Мы установили эталонный состав FFKM, известный своей паростойкостью и способностью работать при высоких температурах. Контрольные тесты показали, что это соединение потеряло более 50% прочности на растяжение и модуля после 1-недельного испытания на старение паром с использованием уплотнительных колец AS568-214, даже несмотря на то, что после испытания на старение паром у него были небольшие изменения твердости и объема.

Следующие шаги в процессе разработки включали оценку базовых полимеров FFKM от четырех разных поставщиков, проверку доступных систем отверждения FFKM, а затем оценку более 20 различных пакетов наполнителей для получения последовательно проходных баллов в тесте на старение паром. Затем мы провели долгосрочные (1000 часов) испытания остаточной деформации при сжатии, как описано выше, и рассчитали температуру, при которой уплотнительные кольца AS568A-214 достигают 80-процентной остаточной деформации при сжатии на воздухе в течение 1000 часов при 258°C. Набор для сжатия, который измеряет деформацию материала в зависимости от времени и температуры, может дать хорошее представление о том, каков срок службы конкретного материала при данной температуре. Несколько составов были протестированы и скорректированы до тех пор, пока мы не достигли требуемой остаточной деформации при сжатии, которая показала улучшение по сравнению с контрольным соединением.

Обширный процесс исследований и разработок завершился окончательной оптимизацией рецептуры, которая затем была коммерциализирована для использования в FFKM. Обширные испытания показали, что FFKM превосходит материалы конкурентов после продолжительного пребывания при 260°C в паре и кратковременного воздействия пикового отклонения при 316°C. Другие комплексные режимы испытаний, проведенные в различных условиях, показали, что FFKM является идеальным решением для повышения надежности оборудования в критических средах с высокотемпературным паром, включая SAG-D.