Przyczyny awarii uszczelki pakera

1. Procedury instalacyjne

• Uszkodzenia podczas przechowywania: starzenie się (ciepło, światło słoneczne lub promieniowanie); zniekształcenia (słabe wsparcie, duże obciążenia).
• Uszkodzenia spowodowane tarciem: nierównomierne toczenie lub skręcanie lub ścieranie w wyniku poślizgu bez smarowania.
• Cięcie ostrymi krawędziami: Niewystarczające zwężenie narożników, ostre krawędzie portów, rowków uszczelek itp.
• Brak smarowania.
• Obecność brudu.
• Użycie nieprawidłowych narzędzi instalacyjnych.

2. Czynniki operacyjne

• Niewłaściwa definicja obowiązków: Skład płynów, normalne warunki pracy lub warunki przejściowe.
• Złuszczanie się uszczelki w wyniku miejscowego walcowania pod wpływem zmian ciśnienia.
• Wytłaczanie w wyniku rozszerzania się uszczelki (pęcznienie, dekompresja termiczna, wybuchowa) lub w wyniku ściskania.
• Zbyt krótki czas dekompresji prowadzący do powstania pęcherzy.
• Zużycie i rozdarcie spowodowane niewystarczającym smarowaniem.
• Uszkodzenia związane ze zużyciem na skutek wahań ciśnienia.

3. Żywotność

Podczas normalnej pracy żywotność uszczelnienia polimerowego jest ograniczona przez starzenie się i zużycie. Temperatura, ciśnienie robocze, liczba cykli (obroty, poślizg, naprężenia mechaniczne) i środowisko mają wpływ na całkowitą żywotność. Starzenie się może być zjawiskiem fizycznym, takim jak trwałe odkształcenie, lub może wynikać z reakcji z substancjami chemicznymi znajdującymi się w środowisku. Zużycie może być spowodowane tarciem uszczelki o inną powierzchnię w zastosowaniach dynamicznych lub silnymi wahaniami ciśnienia w zastosowaniach statycznych. Odporność na zużycie wzrasta zwykle wraz ze wzrostem twardości materiału uszczelnienia. Korozja części metalowych i brak smarowania powierzchni zwiększają szybkość zużycia.

4. Minimalna i maksymalna temperatura

Zdolność uszczelniająca elastomerów znacznie spada, jeśli temperatura jest niższa niż temperatura zalecana, ze względu na utratę elastyczności. Właściwości niskotemperaturowe mogą odgrywać ważną rolę w procesie doboru uszczelek elastomerowych do zastosowań podmorskich w zimnych oceanach. W wysokich temperaturach następuje przyspieszone starzenie. Maksymalna temperatura elastomerów waha się pomiędzy 100 a 300°C. Elastomery, które można stosować w temperaturze około 300°C, mają zwykle słabą ogólną wytrzymałość i słabą odporność na zużycie. Podczas projektowania uszczelnienia należy zarezerwować miejsce, aby umożliwić rozszerzanie się elastomeru pod wpływem wzrostu temperatury (rozszerzalność cieplna materiałów uszczelnienia jest w przybliżeniu o jeden rząd wielkości większa niż w przypadku stali).

5. Ciśnienie

Nacisk wywierany na uszczelkę może spowodować trwałe odkształcenie uszczelki (zespół dociskowy). Odkształcenie dociskowe musi być ograniczone, aby zapewnić szczelność pracy. Innym problemem, który może pojawić się przy wysokich ciśnieniach, jest pęcznienie (10-50%) objętości elastomeru w wyniku absorpcji płynów ze studni z otoczenia. Dopuszczalne jest ograniczone pęcznienie, jeżeli konstrukcja uszczelki na to pozwala.

6. Różnice ciśnień

Jeśli na uszczelce występuje duża różnica ciśnień, elastomer musi charakteryzować się doskonałą odpornością na wytłaczanie. Wytłaczanie jest najczęstszą przyczyną awarii uszczelek wysokociśnieniowych w wysokich temperaturach. Wytrzymałość uszczelki na wyciskanie można zwiększyć zwiększając jej twardość. Twardsze uszczelki wymagają większych sił wciskowych i montażowych, aby zapewnić skuteczne uszczelnienie. Uszczelniona szczelina musi być możliwie mała, co wymaga wąskich tolerancji podczas produkcji.

7. Cykle ciśnieniowe

Cykle ciśnienia mogą prowadzić do degradacji elastomeru w wyniku wybuchowej dekompresji. Stopień uszkodzenia elastomeru będzie zależał od składu gazów obecnych na materiale uszczelnienia oraz od szybkości zmian ciśnienia. Bardziej jednorodne materiały elastomerowe (np. Viton) są bardziej odporne na wybuchową dekompresję niż elastomery (takie jak Kalrez i Aflas), które zwykle zawierają wiele małych wgłębień. Dekompresja występuje głównie w zastosowaniach związanych z podnośnikami gazowymi. Jeżeli występują cykle ciśnieniowe, pożądana jest szczelna dławnica uszczelniająca, ponieważ ogranicza ona napełnianie uszczelki podczas dekompresji. Wymaganie to jest sprzeczne z koniecznością zapewnienia miejsca na rozszerzalność cieplną i pęcznienie uszczelki. W zastosowaniach dynamicznych szczelna dławnica może powodować zużycie lub związanie elastomeru.

8. Aplikacje dynamiczne

W zastosowaniach dynamicznych tarcie uszczelki z wałem obracającym się lub poruszającym się ruchem posuwisto-zwrotnym może powodować zużycie lub wyciskanie elastomeru. W przypadku wału ślizgowego może również wystąpić toczenie się uszczelki, co może łatwo spowodować uszkodzenie. Wymagająca sytuacja to połączenie wysokich ciśnień i dynamicznego zastosowania. W celu polepszenia wytrzymałości uszczelki na wyciskanie często zwiększa się jej twardość. Wyższa twardość oznacza również, że potrzebne są większe siły wcisku i montażu, co skutkuje większymi siłami tarcia. W zastosowaniach dynamicznych pęcznienie uszczelnienia powinno być ograniczone do 10-20%, ponieważ pęcznienie będzie skutkować wzrostem sił tarcia i zużyciem elastomeru. Ważną właściwością w zastosowaniach dynamicznych jest duża sprężystość, czyli zdolność do pozostawania w kontakcie z poruszającą się powierzchnią.

9. Uszczelniona konstrukcja siedziska

Konstrukcja uszczelnienia musi umożliwiać pęcznienie (10–60%) elastomeru w oleju i gazie. Jeśli nie ma wystarczającej ilości miejsca, nastąpi wytłaczanie uszczelki. Kolejnym ważnym parametrem jest wielkość szczeliny wytłaczanej. Przy wysokich ciśnieniach dopuszczalne są jedynie bardzo małe szczeliny wytłaczane, co powoduje konieczność zachowania wąskich tolerancji. W wielu przypadkach można zastosować pierścienie zapobiegające wyciskaniu. Konstrukcja gniazda powinna uwzględniać także wymagania montażowe uszczelki. Podczas montażu wydłużenie sprężyste (rozciągnięcie) nie powinno powodować trwałych odkształceń, a ostre narożniki nie powinny uszkodzić elastomeru. Warto zauważyć, że konstrukcje uszczelnień dławnicowych są z natury bezpieczne, ponieważ uszczelka nie jest rozciągana podczas montażu, co ma miejsce w przypadku uszczelnień tłokowych. Z drugiej strony konstrukcje uszczelek dławnicowych są trudniejsze w produkcji i trudno jest uzyskać do nich dostęp w celu czyszczenia i wymiany uszczelki.

10. Kompatybilność z węglowodorami, CO2 i H2S

Wnikanie węglowodorów, CO2 i H2S do elastomeru powoduje pęcznienie. Pęcznienie pod wpływem węglowodorów wzrasta wraz z ciśnieniem, temperaturą i zawartością związków aromatycznych. Odwracalnemu wzrostowi objętości towarzyszy stopniowe mięknięcie materiału. Pęcznienie pod wpływem gazów takich jak H2S, CO2 i O2 wzrasta wraz z ciśnieniem i nieznacznie maleje wraz z temperaturą. Zmiany ciśnienia po spęcznieniu uszczelki mogą spowodować uszkodzenie uszczelki pod wpływem dekompresji. H2S reaguje z niektórymi polimerami, powodując sieciowanie, a tym samym nieodwracalne utwardzenie materiału uszczelki. Pogorszenie jakości elastomerów w testach uszczelnienia (i być może także w trakcie użytkowania) jest na ogół mniejsze niż w testach zanurzeniowych, prawdopodobnie ze względu na ochronę zapewnianą przez wnękę uszczelnienia przed atakiem chemicznym.

11. Kompatybilność z chemikaliami do uzdatniania odwiertów i inhibitorami korozji

Inhibitory korozji (zawierające aminy) i płyny uszlachetniające są bardzo agresywne w stosunku do elastomerów. Ze względu na złożony skład inhibitorów korozji i środków chemicznych do obróbki studni zaleca się określenie odporności elastomeru metodą prób.

Vigor posiada wieloletnie doświadczenie w branży w produkcji i wytwarzaniu narzędzi wykończeniowych, z których wszystkie są projektowane, produkowane i sprzedawane zgodnie ze standardami API 11 D1. Obecnie pakery produkowane przez firmę Vigor są używane na głównych polach naftowych na całym świecie, a opinie klientów na miejscu są bardzo dobre i wszyscy klienci są chętni do nawiązania z nami dalszej współpracy. Jeśli interesują Cię pakowarki firmy Vigor lub inne narzędzia do rejestrowania wierceń i zakończenia prac dla przemysłu naftowego i gazowego, nie wahaj się skontaktować z profesjonalnym zespołem technicznym firmy Vigor, aby uzyskać najbardziej profesjonalne wsparcie techniczne i produkty najwyższej jakości.