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HNBR材料助力海底高溫高壓密封

HNBR材料助力海底高溫高壓密封

密封系統是防止系統流體漏失或污染的主要屏障。

來自 | E&P
編譯 | 白小明 影子

石油工業正在不斷向更大水深的區域進軍以擴大全球油氣儲量,因此越來越強調EOR工藝。對于海上油井作業公司而言,獲得最大產量是他們的首要目標。

滿足HP/HT及安全要求

非常規資源(無論是海上還是陸地)基本都需要采用不同于傳統方式的特殊油氣采收工藝。過去,由于井深太大,當時的技術還無法應對這類海上油井。然而,對開發這些油氣井的要求正越來越頻繁,而且相關的海底干預作業也比之前更復雜。

相關工藝技術必須能夠承受較高的流體壓力,同時能承受高溫,通常稱為HP/HT,即高溫高壓。常規的水下作業溫度最高為120℃,而在非常規油氣井中,深部油藏溫度超過200℃,而壓力有時從之前標準的10,000 psi提高3倍到30,000 psi。

密封件是油氣系統的關鍵元素,它們確保油田設備發揮最佳性能。密封系統是防止系統流體漏失或系統流體被外部污染源污染的主要屏障,尤其對閥門和井下鉆井、完井和干預工具而言。

在海底環境中工作時,密封功能變得更加重要。海底密封是防止油氣資源從油田完井或生產設備泄漏到海洋的主要部件,而且在滿足環境要求以及確保勞動力安全等方面發揮著至關重要的作用,除此之外,也要求提高工具本身的性能。

控制氣體快速減壓

作業公司在較大水深鉆井以開發深部儲層的過程中,不是所有標準的密封解決方案和材料都能承受極端工作溫度和壓力。行業需要材料和密封面技術兩方面的專業解決方案,才能進行非常規油氣井的勘探作業。

市場上已經出現了新的材料和產品解決方案,專注于特定的油氣問題,如氣體快速減壓(RGD)。當彈性體持續經受一段時間的高壓,導致氣體進入彈性體聚合物結構,就會發生這種現象。如果此時系統壓力相對快速地釋放,則圈閉的氣體在沒有機會從材料基質中逸出的情況下,將大幅膨脹,從而可能從內部將彈性體密封撕開而將其損壞。

可用的防止RGD的特殊復合材料,包括從氫化丁腈橡膠(HNBR)到含氟彈性體(FKM),再到四氟乙烯/丙烯共聚物和全氟彈性體,都是可用的防RGD特殊復合材料。

這些新型彈性體材料具有低壓縮變形的特性,這種材料特性與EOR應用特別相關,需要密封件比傳統干預作業工作更長的時間,同時能夠應用于HP/HT工況。彈性體防止壓縮變形并保持較大的潛在內部密封力非常重要,它能確保密封件在整個施加壓力范圍內繼續起到作用,延長了工具的使用壽命。這些材料專為海上和海底作業設計,可滿足最苛刻的油氣上游行業要求,非常適合EOR系統。

HNBR材料助力海底高溫高壓密封

密封件是油氣系統的關鍵元件,它們確保油田設備發揮最佳性能。(來源:Trelleborg密封系統公司)

高于行業要求

就密封系統而言,雖然油氣行業有常規的標準體系,例如美國石油協會6A,ISO 23936和NORSOK M710,并且也有滿足這些標準的材料,但一些特殊應用場合有時需要高于標準的材料。在海底非常規井作業時,通常需要定制的材料,這種挑戰尤其普遍。例如,某些作業井可能高含甲烷,或者為了能在高溫環境下保持更長的壽命而對壓縮變形特性要求甚高。

例如,一些特殊的HNBR材料材料非常適用于在寒冷天氣下存放在平臺上的設備,在設備被送入井下后,壓力迅速上升但設備溫度升高相對滯后。壓力對彈性體的玻璃轉化/低溫柔韌性的影響,將對這些應用中的密封性能產生嚴重影響。

此外,HNBR材料具有出色的低壓縮變形性能和高溫密封性能,使其非常適合在惡劣的井下環境中延長設備使用壽命。加之高機械強度的HNBR具有出色的耐磨性,使其在高溫高壓動態工況下使用效果極佳。

企業還研發了具有超強耐甲醇,以及在EOR應用中耐化學性的特殊FKM材料。一些行業標準,如NORSOK M710,雖然要求彈性材料通過含一定甲醇和溫度的條件測試。然而,在高含甲醇的應用中,實際的井況與行業標準有很大不同。對于這樣的井,即使材料符合標準,也不一定達到實際的性能要求。

滿足極端條件

雖然油氣行業正面臨著越來越嚴峻的挑戰,但值得欣慰的是,從使用地震成像系統探究海底世界,到研發工作水深達3,048 m的水下機器人,設備制造商正在打破陳規。密封材料開發商也在研究新的密封材料和密封面技術,以應對極端的溫度和壓力環境,并使設備可以長時間在復雜流體中持續運轉。

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