Причини несправності ущільнення пакера

1. Процедури встановлення

• Пошкодження при зберіганні: старіння (тепло, сонячне світло або радіація); викривлення (погана опора, великі навантаження).
• Пошкодження від тертя: нерівномірне кочення або скручування або стирання внаслідок ковзання без змащення.
• Порізання гострими краями: неадекватна конусність на кутах, гострі краї на портах, ущільнювальні канавки тощо.
• Відсутність мастила.
• Наявність бруду.
• Використання невідповідних інструментів для встановлення.

2. Експлуатаційні фактори

• Неадекватне визначення робочого режиму: склад рідин, нормальні робочі умови або перехідні умови.
• Відшарування ущільнення через локальне кочення під час зміни тиску.
• Екструзія за рахунок розширення ущільнення (набухання, термічна, вибухова декомпресія) або за рахунок стиснення.
• Занадто короткий час декомпресії призводить до утворення пухирів.
• Зношення через недостатнє змащення.
• Пошкодження від зносу через коливання тиску.

3. Термін служби

При нормальній експлуатації термін служби полімерної пломби обмежений старінням і зносом. Температура, робочий тиск, кількість циклів (обертання, ковзання, механічні навантаження) і навколишнє середовище впливають на загальний термін служби. Старіння може бути фізичним явищем, таким як постійна деформація, або може бути наслідком реакції з хімічними речовинами в навколишньому середовищі. Знос може бути спричинений тертям ущільнення об іншу поверхню в динамічних застосуваннях або сильними коливаннями тиску в статичних застосуваннях. Зносостійкість зазвичай підвищується зі збільшенням твердості матеріалу ущільнення. Корозія металевих частин і відсутність змащення поверхні збільшують швидкість зношування.

4. Мінімальна і максимальна температура

Ущільнювальна здатність еластомерів сильно знижується, якщо температура нижча за рекомендовані, через втрату еластичності. Низькотемпературні властивості можуть відігравати важливу роль у процесі вибору еластомерних ущільнень для підводних застосувань у холодних океанах. При високих температурах відбувається прискорене старіння. Максимальна температура для еластомерів коливається від 100 до 300°C. Еластомери, які можуть працювати при температурі близько 300°C, як правило, мають низьку загальну міцність і погану зносостійкість. У конструкції ущільнення має бути зарезервовано місце для розширення еластомеру через підвищення температури (теплове розширення матеріалів ущільнення приблизно на один порядок більше, ніж у сталей).

5. Тиск

Тиск, який чиниться на ущільнення, може призвести до остаточної деформації ущільнення (стиснення). Стиснення повинно бути обмеженим, щоб гарантувати роботу без протікання. Іншою проблемою, яка може виникнути при високих тисках, є набухання (10-50%) об'єму еластомеру за рахунок поглинання свердловинної рідини з навколишнього середовища. Обмежене здуття є прийнятним, якщо це допускається конструкцією ущільнення.

6. Перепади тиску

Еластомер повинен мати відмінну стійкість до екструзії, якщо існує великий перепад тиску над ущільненням. Екструзія є найпоширенішою причиною несправності ущільнень під високим тиском при високих температурах. Стійкість пломби до екструзії можна збільшити шляхом підвищення її твердості. Більш тверді ущільнювачі потребують більших навантажень і зусиль для складання для ефективного ущільнення. Ущільнений зазор має бути якомога меншим, що вимагає вузьких допусків під час виготовлення.

7. Цикли тиску

Цикли тиску можуть призвести до деградації еластомеру через вибухову декомпресію. Серйозність пошкодження еластомеру залежатиме від складу газів, присутніх на матеріалі ущільнення, і від того, наскільки швидко змінюється тиск. Більш однорідні еластомерні матеріали (наприклад, Viton) більш стійкі до вибухової декомпресії, ніж еластомери (такі як Kalrez і Aflas), які зазвичай містять багато дрібних порожнин. Декомпресія відбувається переважно в газліфтних застосуваннях. Якщо виникають цикли тиску, бажано мати герметичний сальник, оскільки він обмежує надування ущільнення під час декомпресії. Ця вимога суперечить необхідності мати місце для теплового розширення та набухання ущільнення. У динамічних застосуваннях щільне ущільнення сальника може призвести до зносу або склеювання еластомеру.

8. Динамічні програми

У динамічних застосуваннях тертя ущільнення з обертовим або зворотно-поступальним (ковзним) валом може спричинити знос або екструзію еластомеру. З ковзним валом також може статися перекочування ущільнення, що може легко призвести до пошкодження. Вимогливою ситуацією є поєднання високого тиску та динамічного застосування. Щоб підвищити стійкість пломби до екструзії, її твердість часто підвищують. Вища твердість також означає, що потрібні більші зусилля натягу та складання, що призводить до більших сил тертя. У динамічних застосуваннях розбухання ущільнення має бути обмежене 10-20%, оскільки розбухання призведе до збільшення сил тертя та зносу еластомеру. Важливою властивістю для динамічних застосувань є висока пружність, тобто здатність підтримувати контакт з рухомою поверхнею.

9. Конструкція сидіння ущільнення

Конструкція ущільнення повинна забезпечувати (10-60%) набухання еластомеру в нафті та газі. Якщо місця недостатньо, відбудеться екструзія ущільнення. Ще одним важливим параметром є величина екструзійного зазору. При високому тиску допускаються лише дуже малі екструзійні зазори, що призводить до вимог жорстких допусків. У ряді випадків можуть застосовуватися антиекструзійні кільця. Конструкція сидіння також повинна враховувати вимоги до встановлення ущільнювача. Під час монтажу пружне подовження (розтягнення) не повинно призводити до остаточної деформації, а еластомер не повинен бути пошкоджений гострими кутами. Варто зазначити, що конструкції сальникового ущільнення за своєю суттю безпечні, оскільки ущільнення не розтягується під час встановлення, як у конструкції поршневого ущільнення. З іншого боку, конструкції сальникових ущільнень складніше виготовити, і до них важко отримати доступ для очищення та заміни ущільнень.

10. Сумісність з вуглеводнями, CO2 і H2S

Проникнення вуглеводнів, CO2 і H2S в еластомер призводить до набухання. Розбухання вуглеводнями збільшується з тиском, температурою та вмістом ароматичних речовин. Оборотне збільшення об'єму супроводжується поступовим розм'якшенням матеріалу. Набухання газів, таких як H2S, CO2 і O2, збільшується з тиском і трохи зменшується з температурою. Зміни тиску після набухання ущільнення можуть призвести до пошкодження ущільнення внаслідок декомпресії. H2S реагує з певними полімерами, що призводить до зшивання і, отже, незворотного твердіння матеріалу ущільнення. Зношення еластомерів під час випробувань на ущільнення (і, можливо, також під час експлуатації) зазвичай менше, ніж у випробуваннях зануренням, ймовірно, через захист, який забезпечує порожнина ущільнення від хімічного впливу.

11. Сумісність з хімікатами для обробки свердловин та інгібіторами корозії

Інгібітори корозії (містять аміни) і рідини для обробки свердловини є дуже агресивними щодо еластомерів. Через складний склад інгібіторів корозії та хімікатів для обробки свердловин рекомендується визначати стійкість еластомеру шляхом тестування.

Компанія Vigor має багаторічний досвід виробництва та виробництва інструментів для заканчування, усі вони розроблені, виготовлені та продаються відповідно до стандартів API 11 D1. На даний момент пакери, вироблені компанією Vigor, використовуються на великих нафтових родовищах по всьому світу, і відгуки клієнтів на місці дуже хороші, і всі клієнти готові до подальшої співпраці з нами. Якщо вас цікавлять пакери Vigor або інші інструменти для буріння та каротажу для завершення буріння для нафтової та газової промисловості, будь ласка, не соромтеся зв’язатися з професійною технічною командою Vigor, щоб отримати найпрофесійнішу технічну підтримку та найякісніші продукти.