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HNBR材料助力海底高温高压密封

HNBR材料助力海底高温高压密封

密封系统是防止系统流体漏失或污染的主要屏障。

来自 | E&P
编译 | 白小明 影子

石油工业正在不断向更大水深的区域进军以扩大全球油气储量,因此越来越强调EOR工艺。对于海上油井作业公司而言,获得最大产量是他们的首要目标。

满足HP/HT及安全要求

非常规资源(无论是海上还是陆地)基本都需要采用不同于传统方式的特殊油气采收工艺。过去,由于井深太大,当时的技术还无法应对这类海上油井。然而,对开发这些油气井的要求正越来越频繁,而且相关的海底干预作业也比之前更复杂。

相关工艺技术必须能够承受较高的流体压力,同时能承受高温,通常称为HP/HT,即高温高压。常规的水下作业温度最高为120℃,而在非常规油气井中,深部油藏温度超过200℃,而压力有时从之前标准的10,000 psi提高3倍到30,000 psi。

密封件是油气系统的关键元素,它们确保油田设备发挥最佳性能。密封系统是防止系统流体漏失或系统流体被外部污染源污染的主要屏障,尤其对阀门和井下钻井、完井和干预工具而言。

在海底环境中工作时,密封功能变得更加重要。海底密封是防止油气资源从油田完井或生产设备泄漏到海洋的主要部件,而且在满足环境要求以及确保劳动力安全等方面发挥着至关重要的作用,除此之外,也要求提高工具本身的性能。

控制气体快速减压

作业公司在较大水深钻井以开发深部储层的过程中,不是所有标准的密封解决方案和材料都能承受极端工作温度和压力。行业需要材料和密封面技术两方面的专业解决方案,才能进行非常规油气井的勘探作业。

市场上已经出现了新的材料和产品解决方案,专注于特定的油气问题,如气体快速减压(RGD)。当弹性体持续经受一段时间的高压,导致气体进入弹性体聚合物结构,就会发生这种现象。如果此时系统压力相对快速地释放,则圈闭的气体在没有机会从材料基质中逸出的情况下,将大幅膨胀,从而可能从内部将弹性体密封撕开而将其损坏。

可用的防止RGD的特殊复合材料,包括从氢化丁腈橡胶(HNBR)到含氟弹性体(FKM),再到四氟乙烯/丙烯共聚物和全氟弹性体,都是可用的防RGD特殊复合材料。

这些新型弹性体材料具有低压缩变形的特性,这种材料特性与EOR应用特别相关,需要密封件比传统干预作业工作更长的时间,同时能够应用于HP/HT工况。弹性体防止压缩变形并保持较大的潜在内部密封力非常重要,它能确保密封件在整个施加压力范围内继续起到作用,延长了工具的使用寿命。这些材料专为海上和海底作业设计,可满足最苛刻的油气上游行业要求,非常适合EOR系统。

HNBR材料助力海底高温高压密封

密封件是油气系统的关键元件,它们确保油田设备发挥最佳性能。(来源:Trelleborg密封系统公司)

高于行业要求

就密封系统而言,虽然油气行业有常规的标准体系,例如美国石油协会6A,ISO 23936和NORSOK M710,并且也有满足这些标准的材料,但一些特殊应用场合有时需要高于标准的材料。在海底非常规井作业时,通常需要定制的材料,这种挑战尤其普遍。例如,某些作业井可能高含甲烷,或者为了能在高温环境下保持更长的寿命而对压缩变形特性要求甚高。

例如,一些特殊的HNBR材料材料非常适用于在寒冷天气下存放在平台上的设备,在设备被送入井下后,压力迅速上升但设备温度升高相对滞后。压力对弹性体的玻璃转化/低温柔韧性的影响,将对这些应用中的密封性能产生严重影响。

此外,HNBR材料具有出色的低压缩变形性能和高温密封性能,使其非常适合在恶劣的井下环境中延长设备使用寿命。加之高机械强度的HNBR具有出色的耐磨性,使其在高温高压动态工况下使用效果极佳。

企业还研发了具有超强耐甲醇,以及在EOR应用中耐化学性的特殊FKM材料。一些行业标准,如NORSOK M710,虽然要求弹性材料通过含一定甲醇和温度的条件测试。然而,在高含甲醇的应用中,实际的井况与行业标准有很大不同。对于这样的井,即使材料符合标准,也不一定达到实际的性能要求。

满足极端条件

虽然油气行业正面临着越来越严峻的挑战,但值得欣慰的是,从使用地震成像系统探究海底世界,到研发工作水深达3,048 m的水下机器人,设备制造商正在打破陈规。密封材料开发商也在研究新的密封材料和密封面技术,以应对极端的温度和压力环境,并使设备可以长时间在复杂流体中持续运转。

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