Quando si tratta di sigillare in condizioni operative difficili, l'industria petrolifera e del gas a monte ha alcune delle applicazioni più difficili in circolazione. Con fluidi come idrocarburi e gas come l'H2S, combinati con pressioni che salgono ben al di sopra di 20k psi e temperature che scendono fino a 200°C e oltre, l'affidabilità nella tenuta è un must assoluto per mitigare i tempi di fermo improduttivi. L'aggiunta di vapore e inibitori di corrosione a base di ammina a questa miscela fornisce ulteriore complessità alla selezione del materiale in un ambiente a fondo pozzo.

È disponibile una varietà di materiali elastomerici per la sigillatura del fondo pozzo , tuttavia i perfluoroelastomeri (FFKM) forniscono la massima capacità di temperatura e la più ampia resistenza chimica di qualsiasi materiale in gomma. Nel corso della vita di un'applicazione, gli FFKM forniscono un eccellente costo totale di proprietà riducendo al minimo i tempi di fermo delle apparecchiature grazie alla maggiore affidabilità a temperature elevate e condizioni di fluidi corrosivi. Man mano che la tecnologia dei giacimenti petroliferi si evolve per ottenere maggiori efficienze e ottimizzare la produzione, anche la tecnologia di tenuta deve evolversi.

In un esempio recente, JST ha messo a frutto la sua esperienza applicativa per esaminare cosa sarebbe necessario per prolungare la vita di un componente critico come una pompa elettrica sommergibile (ESP) nei pozzi SAG-D. I dati dell'applicazione hanno mostrato che gli ESP funzionano tipicamente tra 135° C e 220° C con temperature massime di esercizio intorno a 250° C. L'analisi interna dei dati pubblicamente riportati1 ha mostrato che la combinazione di miglioramenti operativi con componenti critici aggiornati come guarnizioni a materiali con resistenza alle alte temperature come FFKM può ridurre il rischio di guasto prematuro. Estendendo la vita dell'ESP, gli operatori possono evitare tempi di fermo non produttivi e la spesa per estrarre un ESP molto prima della manutenzione programmata.

Dopo aver analizzato i dati e le principali modalità di guasto, JST ha raccolto il feedback dei clienti che supportava l'ipotesi che le alte temperature combinate con il vapore riducessero la durata delle soluzioni di sigillatura esistenti nei pozzi SAG-D. Questi risultati hanno mostrato che per migliorare l'affidabilità nelle applicazioni SAG-D era necessaria una soluzione di tenuta di nuova generazione che combinasse un'ampia resistenza chimica ai prodotti chimici e ai fluidi tipici dei giacimenti petroliferi e una migliore conservazione delle proprietà fisiche dopo l'invecchiamento con vapore.

Collaborando con i nostri clienti, abbiamo stabilito il mantenimento della proprietà accettabile per un nuovo composto dopo un test aggressivo invecchiato a vapore di 1 settimana a 260°C. Questo composto ha mostrato ritenzione di resistenza alla trazione, allungamento a trazione e modulo di perdita massima inferiore al 30% oltre a bassa durezza e variazione di volume. Abbiamo stabilito un composto FFKM di riferimento noto per la sua resistenza al vapore e capacità di alta temperatura. I test di riferimento hanno mostrato che questo composto ha perso oltre il 50% di resistenza alla trazione e modulo dopo il test di invecchiamento a vapore di 1 settimana utilizzando O-ring AS568-214 anche se ha subito una bassa durezza e una variazione di volume dopo il test di invecchiamento a vapore.

Le fasi successive del processo di sviluppo hanno comportato la valutazione dei polimeri di base FFKM di quattro diversi fornitori, la verifica dei sistemi di polimerizzazione FFKM disponibili e quindi la valutazione di oltre 20 diversi pacchetti di riempitivi per ottenere punteggi costantemente superati nel test di invecchiamento a vapore. Abbiamo quindi eseguito i test di compression set a lungo termine (1000 ore) come descritto sopra e calcolato la temperatura alla quale gli O-ring AS568A-214 avrebbero raggiunto l'80% di compression set in aria per 1000 ore a 258°C. Il compression set, che misura la deformazione del materiale nel tempo e nella temperatura, può fornire una buona indicazione della durata di un particolare materiale a una data temperatura. Più formulazioni sono state testate e regolate fino a raggiungere il compression set richiesto che ha mostrato un miglioramento rispetto al composto di controllo.

L'ampio processo di ricerca e sviluppo si è concluso con l'ottimizzazione finale della formulazione che è stata poi commercializzata per l'uso presso FFKM. Test approfonditi hanno dimostrato che FFKM ha superato i materiali della concorrenza dopo un lungo periodo a 260 °C in vapore e un'esposizione a breve termine a un'escursione di picco a 316 °C. Altri regimi di test completi eseguiti in una varietà di condizioni hanno mostrato che FFKM è la soluzione "Go-To" per aumentare l'affidabilità delle apparecchiature in ambienti critici con vapore ad alta temperatura, incluso SAG-D.