パッカーシールの故障の原因

1. インストール手順

• 保管時の損傷: 経年劣化 (熱、日光、放射線)。歪み（サポートが不十分、負荷が大きい）。
• 摩擦損傷：不均一な転がりやねじれ、または無潤滑滑りによる摩耗。
• 鋭いエッジによる切断：コーナーのテーパ不足、ポートの鋭いエッジ、シール溝など。
• 潤滑不足。
• 汚れの存在。
• 不適切なインストールツールの使用。

2. 運用上の要因

• 不適切な義務の定義: 流体の組成、通常の作業条件または過渡条件。
• 圧力変化による局所的なローリングによるシール剥離。
• シールの膨張（膨張、熱、爆発的減圧）または圧縮による押し出し。
• 減圧時間が短すぎると水泡が発生します。
• 潤滑不足による磨耗。
• 圧力変動による摩耗損傷。

3. 寿命

通常の動作中、ポリマーシールの耐用年数は経年劣化や摩耗によって制限されます。温度、動作圧力、サイクル数（回転、滑り、機械的ストレス）および環境は、総耐用年数に影響を与えます。老化は永久変形などの物理現象である場合もあれば、環境中の化学物質との反応による場合もあります。摩耗は、動的用途ではシールが別の表面にこすれることによって、または静的用途では強い圧力変動によって発生する可能性があります。耐摩耗性は、通常、シール材料の硬度が増加するにつれて増加します。金属部品の腐食や表面の潤滑不足により、摩耗率が増加します。

4. 最低温度と最高温度

温度が推奨温度より低い場合、弾性が失われるため、エラストマーのシール能力は大幅に低下します。低温特性は、冷たい海洋での海中用途向けのエラストマーシールの選択プロセスにおいて重要な役割を果たします。高温では老化が促進されます。エラストマーの最高温度は 100 ～ 300°C の間で変化します。約 300°C で使用できるエラストマーは、全体的な強度と耐摩耗性が劣る傾向があります。シールの設計では、温度上昇によるエラストマーの膨張を許容する余地を確保する必要があります (シール材料の熱膨張は鋼の熱膨張よりも約 1 桁大きい)。

5. プレッシャー

シールにかかる圧力により、シールが永久変形する可能性があります (圧縮永久歪み)。漏れのない動作を保証するには、圧縮永久歪みを制限する必要があります。高圧で発生する可能性のあるもう 1 つの問題は、環境からの坑井流体の吸収によるエラストマー体積の膨張 (10 ～ 50%) です。シール設計が許容する場合、限定的な膨潤は許容されます。

6. 差圧

シール上の大きな圧力差がある場合、エラストマーは優れた耐押出性を備えていなければなりません。押し出しは、高温での高圧シールの故障の最も一般的な原因です。シールの押し出し抵抗は、その硬度を高めることによって高めることができます。より硬いシールでは、効果的なシールを実現するために、より高いしめしろと組み立て力が必要になります。シールされたギャップは可能な限り小さくする必要があり、製造時に狭い公差が要求されます。

7. 圧力サイクル

圧力サイクルは爆発的な減圧によりエラストマーの劣化を引き起こす可能性があります。エラストマーへの損傷の程度は、シール材に存在するガスの組成と圧力変化の速さによって異なります。より均質なエラストマー材料 (バイトンなど) は、通常小さな空洞を多く含むエラストマー (カルレッツやアフラスなど) よりも爆発的な減圧に対する耐性が高くなります。減圧は主にガスリフト用途で発生します。圧力サイクルが発生する場合は、減圧中のシールの膨張を制限するため、密閉されたシール グランドが望ましいです。この要件は、シールの熱膨張や膨張に対する余地を確保する必要性と矛盾します。動的用途では、シールグランドがしっかりしていると、エラストマーの摩耗や固着が発生する可能性があります。

8. 動的アプリケーション

動的用途では、回転または往復（スライド）シャフトとシールの摩擦により、エラストマーの摩耗やはみ出しが発生する可能性があります。摺動軸の場合、シールの転がりも発生し破損しやすくなります。厳しい状況とは、高圧と動的アプリケーションの組み合わせです。シールの耐押出性を向上させるために、シールの硬度が高められることがよくあります。硬度が高いということは、より高い干渉力と組み立て力が必要であることも意味しており、その結果、より高い摩擦力が発生します。動的用途では、シールの膨張は摩擦力の増加とエラストマーの摩耗を引き起こすため、シールの膨張を 10 ～ 20% に制限する必要があります。動的用途にとって重要な特性は、高い弾性、つまり、移動する表面と接触し続ける能力です。

9. シールシート設計

シール設計は、石油およびガス中でのエラストマーの膨張 (10 ～ 60%) を考慮する必要があります。十分なスペースが利用できない場合、シールの押し出しが発生します。もう 1 つの重要なパラメータは、押し出しギャップのサイズです。高圧では、非常に小さな押出ギャップのみが許容されるため、厳しい公差が要求されます。多くの場合、はみ出し防止リングを適用できます。シートの設計では、シールの取り付け要件も考慮する必要があります。取り付け中、弾性伸び (伸び) によって永久変形が生じたり、鋭利な角によってエラストマーが損傷されたりしてはなりません。ピストンシール設計の場合のように、取り付け中にシールが伸びることがないため、グランドシール設計は本質的に安全であることに留意する価値があります。一方、グランドシールの設計は製造がより難しく、清掃やシールの交換のためにアクセスするのが困難です。

10. 炭化水素、CO2、H2Sとの適合性

炭化水素、CO2、H2S がエラストマーに浸透すると、膨潤が生じます。炭化水素による膨張は、圧力、温度、芳香族含有量とともに増加します。可逆的な体積の増加には、材料の緩やかな軟化が伴います。 H2S、CO2、O2 などのガスによる膨張は、圧力とともに増加し、温度とともにわずかに減少します。シールが膨張した後の圧力変化により、シールに減圧損傷が生じる可能性があります。 H2S は特定のポリマーと反応し、架橋結合を引き起こし、シール材の不可逆的な硬化を引き起こします。シール試験（およびおそらく使用中）におけるエラストマーの劣化は、一般に浸漬試験よりも少ないですが、これはおそらくシールキャビティによる化学的攻撃に対する保護のためです。

11. 坑井処理薬品および腐食防止剤との適合性

腐食防止剤 (アミンを含む) および処理完了液は、エラストマーに対して非常に攻撃的です。腐食防止剤と坑井処理用化学物質の組成が複雑であるため、試験によってエラストマーの耐性を判断することをお勧めします。

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