Причины выхода из строя уплотнения пакера

1. Процедуры установки

• Повреждения при хранении: старение (тепло, солнечный свет или радиация); деформация (плохая опора, большие нагрузки).
• Повреждения от трения: неравномерное перекатывание или скручивание, или истирание при скольжении без смазки.
• Резка острыми кромками: Недостаточная конусность углов, острые кромки портов, канавок для уплотнений и т. д.
• Недостаток смазки.
• Наличие грязи.
• Использование неправильных инструментов для установки.

2. Эксплуатационные факторы

• Неверное определение режима работы: состав жидкостей, нормальные рабочие условия или переходные режимы.
• Отслаивание уплотнения из-за локального раскачивания при изменении давления.
• Выдавливание вследствие расширения уплотнения (набухание, термическая, взрывная декомпрессия) или вследствие сжатия.
• Слишком короткое время декомпрессии приводит к образованию волдырей.
• Износ из-за недостаточной смазки.
• Повреждения из-за износа из-за колебаний давления.

3. Срок службы

При нормальной эксплуатации срок службы полимерного уплотнения ограничен старением и износом. Температура, рабочее давление, количество циклов (вращения, скольжение, механическое напряжение) и окружающая среда оказывают влияние на общий срок службы. Старение может быть физическим явлением, таким как необратимая деформация, или может быть результатом реакции с химическими веществами в окружающей среде. Износ может быть вызван трением уплотнения о другую поверхность в динамических приложениях или сильными колебаниями давления в статических приложениях. Износостойкость обычно увеличивается с увеличением твердости материала уплотнения. Коррозия металлических деталей и отсутствие смазки поверхности увеличивают скорость износа.

4. Минимальная и максимальная температура

Герметизирующая способность эластомеров сильно снижается, если температура ниже рекомендуемой, из-за потери эластичности. Низкотемпературные свойства могут играть важную роль в процессе выбора эластомерных уплотнений для подводного применения в холодных океанах. При высоких температурах происходит ускоренное старение. Максимальная температура эластомеров варьируется от 100 до 300°C. Эластомеры, которые могут эксплуатироваться при температуре около 300°C, имеют низкую общую прочность и плохую износостойкость. В конструкции уплотнения необходимо предусмотреть пространство для расширения эластомера при повышении температуры (термическое расширение материалов уплотнения примерно на порядок больше, чем у сталей).

5. Давление

Давление, оказываемое на уплотнение, может привести к необратимой деформации уплотнения (остаточная деформация при сжатии). Остаточная деформация при сжатии должна быть ограничена, чтобы гарантировать работу без утечек. Другой проблемой, которая может возникнуть при высоких давлениях, является набухание (10-50%) объема эластомера за счет поглощения скважинных флюидов из окружающей среды. Ограниченное набухание допускается, если это допускает конструкция уплотнения.

6. Перепады давления

Эластомер должен обладать превосходной стойкостью к экструзии, если над уплотнением существует большой перепад давления. Экструзия является наиболее распространенной причиной выхода из строя уплотнений высокого давления при высоких температурах. Сопротивление экструзии уплотнения можно повысить за счет увеличения его твердости. Более твердые уплотнения требуют более высоких усилий натяга и сборки для эффективного уплотнения. Герметичный зазор должен быть как можно меньшим, что требует узких допусков при изготовлении.

7. Циклы давления

Циклы давления могут привести к деградации эластомера из-за взрывной декомпрессии. Тяжесть повреждения эластомера будет зависеть от состава газов, присутствующих в материале уплотнения, и от того, насколько быстро меняется давление. Более однородные эластомерные материалы (например, витон) более устойчивы к взрывной декомпрессии, чем эластомеры (такие как Калрез и Афлас), которые обычно содержат множество небольших полостей. Декомпрессия происходит преимущественно в газлифтных установках. Если происходят циклы давления, желательно использовать сальник с плотным уплотнением, поскольку он ограничивает надувание уплотнения во время декомпрессии. Это требование противоречит необходимости иметь место для теплового расширения и набухания уплотнения. В динамических условиях тугое уплотнение сальника может привести к износу или застреванию эластомера.

8. Динамические приложения

В динамических применениях трение уплотнения о вращающийся или возвратно-поступательный (скользящий) вал может вызвать износ или выдавливание эластомера. При скользящем валу также может произойти перекатывание уплотнителя, что легко может привести к поломке. Сложная ситуация – это сочетание высокого давления и динамичного применения. Чтобы улучшить устойчивость уплотнения к экструзии, его твердость часто увеличивают. Более высокая твердость также подразумевает необходимость более высоких усилий взаимодействия и сборки, что приводит к более высоким силам трения. В динамических применениях разбухание уплотнения должно быть ограничено до 10–20 %, поскольку набухание приведет к увеличению сил трения и износу эластомера. Важным свойством для динамических применений является высокая упругость, то есть способность оставаться в контакте с движущейся поверхностью.

9. Конструкция седла уплотнения

Конструкция уплотнения должна допускать набухание эластомера (10–60 %) в нефти и газе. Если места недостаточно, произойдет выдавливание уплотнения. Еще одним важным параметром является размер экструзионного зазора. При высоких давлениях допускаются только очень маленькие зазоры при экструзии, что приводит к необходимости соблюдения жестких допусков. В ряде случаев можно применять антиэкструзионные кольца. При проектировании седла также следует учитывать требования к установке уплотнителя. Во время установки упругое удлинение (растяжение) не должно приводить к остаточной деформации, а эластомер не должен повреждаться острыми углами. Стоит отметить, что конструкции с сальниковым уплотнением по своей сути безопасны, поскольку при установке уплотнение не растягивается, как это имеет место в конструкции поршневого уплотнения. С другой стороны, конструкции с сальниковыми уплотнениями сложнее изготовить, и к ним затруднен доступ для очистки и замены уплотнений.

10. Совместимость с углеводородами, CO2 и H2S.

Проникновение углеводородов, CO2 и H2S в эластомер приводит к набуханию. Набухание углеводородов увеличивается с увеличением давления, температуры и содержания ароматических веществ. Обратимое увеличение объема сопровождается постепенным размягчением материала. Набухание такими газами, как H2S, CO2 и O2, увеличивается с давлением и слегка уменьшается с температурой. Изменения давления после набухания уплотнения могут привести к декомпрессионному повреждению уплотнения. H2S вступает в реакцию с некоторыми полимерами, что приводит к образованию поперечных связей и, следовательно, необратимому затвердеванию материала уплотнения. Разрушение эластомеров при испытаниях на герметичность (и, возможно, также при эксплуатации), как правило, меньше, чем при испытаниях на погружение, вероятно, из-за защиты, которую обеспечивает полость уплотнения от химического воздействия.

11. Совместимость с химикатами для обработки скважин и ингибиторами коррозии.

Ингибиторы коррозии (содержащие амины) и жидкости для заканчивания скважин очень агрессивны по отношению к эластомерам. Из-за сложного состава ингибиторов коррозии и химикатов для обработки скважин рекомендуется определять стойкость эластомера путем испытаний.

Vigor имеет многолетний опыт производства инструментов для заканчивания скважин, все из которых проектируются, производятся и продаются в соответствии со стандартами API 11 D1. В настоящее время пакеры производства Vigor используются на крупнейших нефтяных месторождениях по всему миру, отзывы клиентов на местах очень хорошие, и все клиенты готовы к дальнейшему сотрудничеству с нами. Если вас интересуют пакеры Vigor или другие инструменты для бурения и заканчивания скважин для нефтегазовой отрасли, пожалуйста, не стесняйтесь обращаться к профессиональной технической команде Vigor, чтобы получить самую профессиональную техническую поддержку и продукцию самого высокого качества.