Wenn es um die Abdichtung unter rauen Betriebsbedingungen geht, hat die vorgelagerte Öl- und Gasindustrie einige der härtesten Anwendungen, die es gibt. Bei Flüssigkeiten wie Kohlenwasserstoffen und Gasen wie H2S in Kombination mit Drücken, die weit über 20.000 psi steigen, und Temperaturen, die auf 200 °C und mehr steigen, ist eine zuverlässige Abdichtung ein absolutes Muss, um unproduktive Ausfallzeiten zu vermeiden. Das Hinzufügen von Korrosionsinhibitoren auf Dampf- und Aminbasis zu dieser Mischung macht die Materialauswahl in einer Bohrlochumgebung zusätzlich kompliziert.

Zum Abdichten von Bohrlöchern steht eine Vielzahl von Elastomermaterialien zur Verfügung , jedoch bieten Perfluorelastomere (FFKM) die höchste Temperaturbeständigkeit und breiteste chemische Beständigkeit aller Gummimaterialien. Über die Lebensdauer einer Anwendung bieten FFKMs hervorragende Gesamtbetriebskosten, indem sie die Ausfallzeiten der Ausrüstung aufgrund größerer Zuverlässigkeit bei erhöhten Temperaturen und korrosiven Fluidbedingungen minimieren. Da sich die Ölfeldtechnologie weiterentwickelt, um mehr Effizienz zu erzielen und die Produktion zu optimieren, muss sich auch die Dichtungstechnologie weiterentwickeln.

In einem aktuellen Beispiel hat JST sein Anwendungs-Know-how eingesetzt, um zu untersuchen, was erforderlich wäre, um die Lebensdauer einer kritischen Komponente wie einer elektrischen Tauchpumpe (ESP) in SAG-D-Bohrungen zu verlängern. Anwendungsdaten zeigten, dass ESPs typischerweise zwischen 135 °C und 220 °C mit maximalen Betriebstemperaturen um 250 °C betrieben werden FFKM kann das Risiko eines vorzeitigen Ausfalls verringern. Durch die Verlängerung der ESP-Lebensdauer können Betreiber unproduktive Ausfallzeiten und die Kosten für das Herausziehen eines ESP weit vor der geplanten Wartung vermeiden.

Nach der Analyse von Daten und wichtigen Ausfallarten sammelte JST Kundenfeedback, das die Hypothese stützte, dass hohe Temperaturen in Kombination mit Dampf die Lebensdauer bestehender Dichtungslösungen in SAG-D-Bohrungen verringerten. Diese Ergebnisse zeigten, dass zur Verbesserung der Zuverlässigkeit in SAG-D-Anwendungen eine Dichtungslösung der nächsten Generation erforderlich war, die eine breite chemische Beständigkeit gegenüber typischen Ölfeldchemikalien und -flüssigkeiten und eine bessere Beibehaltung der physikalischen Eigenschaften nach Dampfalterung kombiniert.

In Zusammenarbeit mit unseren Kunden haben wir eine akzeptable Eigenschaftserhaltung für eine neue Mischung nach einem aggressiven Dampfalterungstest von 1 Woche bei 260 °C ermittelt. Diese Verbindung zeigte eine Beibehaltung der Zugfestigkeit, der Zugdehnung und des Moduls von weniger als 30 Prozent des maximalen Verlusts zusätzlich zu einer geringen Härte und Volumenänderung. Wir haben eine Benchmark-FFKM-Mischung entwickelt, die für ihre Dampfbeständigkeit und Hochtemperaturfähigkeit bekannt ist. Die Vergleichstests zeigten, dass diese Mischung nach dem einwöchigen Dampfalterungstest unter Verwendung von AS568-214-O-Ringen über 50 Prozent Zugfestigkeit und Modul verlor, obwohl sie nach dem Dampfalterungstest eine geringe Härte und Volumenänderung aufwies.

Die nächsten Schritte im Entwicklungsprozess umfassten die Bewertung von FFKM-Basispolymeren von vier verschiedenen Lieferanten, die Überprüfung verfügbarer FFKM-Härtungssysteme und die anschließende Bewertung von über 20 verschiedenen Füllerpaketen, um durchweg positive Ergebnisse beim Dampfalterungstest zu erzielen. Wir führten dann die Langzeittests (1000 Stunden) des Druckverformungsrests wie oben beschrieben durch und berechneten die Temperatur, bei der AS568A-214 O-Ringe 80 Prozent des Druckverformungsrests in Luft für 1000 Stunden bei 258 °C erreichen würden. Der Druckverformungsrest, der die Verformung des Materials über Zeit und Temperatur misst, kann einen guten Hinweis auf die Lebensdauer eines bestimmten Materials bei einer bestimmten Temperatur geben. Mehrere Formulierungen wurden getestet und angepasst, bis wir den erforderlichen Druckverformungsrest erreichten, der eine Verbesserung gegenüber dem Kontrollcompound zeigte.

Der umfangreiche Forschungs- und Entwicklungsprozess endete mit der endgültigen Optimierung der Formulierung, die dann für den Einsatz bei FFKM kommerzialisiert wurde. Umfangreiche Tests haben gezeigt, dass FFKM die Konkurrenzmaterialien nach einer längeren Zeit bei 260 °C in Dampf und einer kurzzeitigen Exposition gegenüber einer Spitzenabweichung bei 316 °C übertraf. Andere umfassende Testprogramme, die unter einer Vielzahl von Bedingungen durchgeführt wurden, haben gezeigt, dass FFKM die „Go-To“-Lösung zur Erhöhung der Zuverlässigkeit von Geräten in kritischen Hochtemperatur-Dampfumgebungen ist, einschließlich SAG-D.