Cuando se trata de sellar en condiciones operativas adversas, la industria Upstream Oil & Gas tiene algunas de las aplicaciones más difíciles que existen. Con fluidos como hidrocarburos y gases como H2S, combinados con presiones que superan con creces los 20 000 psi y temperaturas que oscilan hasta los 200 °C y más, la confiabilidad en el sellado es una necesidad absoluta para mitigar el tiempo de inactividad improductivo. La adición de inhibidores de corrosión a base de aminas y vapor a esta mezcla proporciona una complejidad adicional a la selección de materiales en un entorno de fondo de pozo.

Hay una variedad de materiales elastoméricos disponibles para sellar el fondo del pozo ; sin embargo, los perfluoroelastómeros (FFKM) brindan la capacidad de temperatura más alta y la resistencia química más amplia que cualquier otro material de caucho. Durante la vida útil de una aplicación, los FFKM proporcionan un excelente costo total de propiedad al minimizar el tiempo de inactividad del equipo debido a una mayor confiabilidad en temperaturas elevadas y condiciones de fluidos corrosivos. A medida que la tecnología de los yacimientos petrolíferos evoluciona para obtener más eficiencia y optimizar la producción, la tecnología de sellado también debe evolucionar.

En un ejemplo reciente, JST utilizó su experiencia en aplicaciones al examinar lo que se necesitaría para extender la vida útil de un componente crítico como una bomba eléctrica sumergible (ESP) en pozos SAG-D. Los datos de la aplicación mostraron que los ESP suelen operar entre 135 °C y 220 °C con temperaturas máximas de funcionamiento de alrededor de 250 °C. El análisis interno de los datos informados públicamente1 mostró que la combinación de mejoras operativas con componentes críticos actualizados, como sellos para materiales con resistencia a altas temperaturas, como FFKM puede disminuir el riesgo de falla prematura. Al extender la vida útil del ESP, los operadores pueden evitar el tiempo de inactividad no productivo y el gasto de sacar un ESP de un pozo antes del mantenimiento programado.

Después de analizar los datos y los modos de falla clave, JST recopiló comentarios de los clientes que respaldaban la hipótesis de que las altas temperaturas combinadas con el vapor reducían la vida útil de las soluciones de sellado existentes en los pozos SAG-D. Estos hallazgos mostraron que para mejorar la confiabilidad en las aplicaciones SAG-D, se requería una solución de sellado de próxima generación que combinara una amplia resistencia química a los químicos y fluidos típicos de los campos petroleros y una mejor retención de las propiedades físicas después del envejecimiento con vapor.

Collaborating with our customers, we established acceptable property retention for a new compound after an aggressive steam aged test of 1 week at 260°C. This compound exhibited retention of tensile strength, tensile elongation, and modulus of less than 30 percent maximum loss in addition to low hardness and volume change.  We established a benchmark FFKM compound known for its steam resistance and high temperature capability. The benchmark tests showed that this compound lost over 50 percent tensile strength and modulus after the 1-week steam aging test using AS568-214 O-rings even though it experienced low hardness and volume change after the steam aging test.

The next steps in the development process involved evaluating FFKM base polymers from four different suppliers, vetting available FFKM cure systems, and then evaluating over 20 different filler packages to obtain consistently passing scores on the steam aging test.  We then ran the long term (1000 hour) compression set tests as outlined above and calculated the temperature at which AS568A-214 O-Rings would reach 80 percent compression set in air for 1000 hours at 258°C. Compression set, which measures the deformation of material over time and temperature, can give a good indication of what the lifetime of a particular material is at given temperature. Multiple formulations were tested and adjusted until we reached the required compression set that showed improvement over the control compound.

El extenso proceso de investigación y desarrollo concluyó con la optimización final de la formulación que luego se comercializó para su uso en FFKM. Pruebas exhaustivas demostraron que el FFKM superó a los materiales de la competencia después de un tiempo prolongado a 260 °C en vapor y una exposición breve a una excursión máxima de 316 °C. Otros regímenes de prueba integrales llevados a cabo bajo una variedad de condiciones han demostrado que FFKM es la solución "Go-To" para aumentar la confiabilidad de los equipos en entornos críticos de vapor a alta temperatura, incluido SAG-D.