测试和鉴定用于深水石油勘探的先进弹性体

深水石油开采面临的各种各样的挑战意味着, 几十年来, 石油 & 天然气im体育平台app下载一直在寻找和开采“容易”的天然石油储量 & 气体. 

然而，这样的存款正变得越来越少. 近年来, 变冷的趋势, 巨型油田的发现已经证明了更深、更恶劣的环境, 比如巴西海岸. 可以说，油气im体育平台app下载现在正高度关注深水勘探. Douglas-Westwood在2013年的一份报告中指出，从那时到2020年，将有超过2320亿美元用于深水项目. 这样的投资水平表明了E&P公司在海平面以下3公里深处开采石油.  

虽然预测数据强调了最明显的挑战之一是成本（深水项目）, 当然, 比陆上或固定的海上作业成本更高), 美国石油巨头预计，他们几乎没有其他选择. 迅速崛起的经济体, 比如印度和中国, 正在推动全球能源需求, 哪些没有减少的迹象, 在不久的将来，石油仍将是最主要的能源. 正是这种需求保证了这种复杂的, 昂贵的努力在经济上是可行的，这是深水开采的技术挑战, 而不是金融问题, 生产商必须面对哪些问题.  

深度在2公里以上的油田显示出一系列独特的特性，使得标准设备的部署不可行. 一个特别的技术问题是生产流程中出现了异常高水平的二氧化碳. 这是在超临界状态下从储层中产生的，温度超过31°C，压力为74 bar. 在这种状态下, CO2以致密相流体的形式存在，同时具有液体和气体的特性. 这给从井到地面的部署带来了严峻的技术挑战. 阀门和防喷器等部件不仅受到超临界二氧化碳的攻击, 还会受到深海环境中具有破坏性的高水平腐蚀性HS2的影响. 如果将二氧化碳注入储层，可以降低石油的粘度，并帮助其回流到井中，这将是有利的.  

继挪威国家石油公司运营的北海Tordis油田取得成功之后, 这样的全油田海底分离, 增压和喷射系统现在很普遍. In 2007, Tordis将采收率提高了3500万桶，并将油田的寿命延长了2年，达到17年. 因为在更深的水中会遇到更高的压力和温度, 持续的腐蚀, 压力和温度问题都开始给技术带来问题. 使用的压缩机, 例如, 必须能够承受任何有害气体造成的损坏，以避免临界失效.

弹性体的选择和鉴定

目前, im体育APP参与了这项研究, 新一代材料的开发和鉴定，旨在抵消深水开采过程中遇到的问题. 弹性体就是这样一种材料, 多亏了他们的柔顺, 灵活的性质, 是否适合用于密封部件. 在最近的一个项目中，一位客户希望在巴西海岸附近发现一个深2公里的油田. im体育APP被用来表征一系列先进的, 专有的, 商业化弹性体. 

在这个深度, 极端的操作条件可以使弹性体更容易受到化学物质的影响，这些化学物质可以改变它们的结构. 阀门和组成它们的部件与油接触 & 气体在120°C，必须应对快速气体减压和高压事件. 因此，对这种环境的最佳材料的鉴定和选择至关重要. 

许多弹性体可用, 选取7个表征良好的初级产品进行鉴定. 它们的选择是为了提供最佳的性能，并为了代表弹性体的三个核心品种： 

• 氢化丁腈橡胶（HNBR）
• 氟弹性体（FKM）和
• Perfluoro-elastomer (FFKM).

每种弹性体都有其特定的强度. FFKM非常适合高温和化学侵蚀环境, 而HNBR被认为具有广泛的正性能，并且在较低的温度下表现良好. FKM在另外两者之间找到了一条中间道路, 对热和化学环境以及气体减压事件具有良好的抵抗力. 

工程师在为这些部件选择弹性体时，主要考虑的是快速气体减压和耐压性. 不管材料多么先进, 久而久之，在压力下会破坏化学im体育APP, 例如超临界CO2和HS2, 会渗透到聚合物中吗. 如果发生快速减压, 压力的变化意味着气体被挤出物质, 当他们逃跑时可能会起泡或破裂. 在恒压下, 扩散进去的液体会导致材料膨胀和变弱, 可能造成泄漏和完整性损失. 

为了克服这一点, 弹性体生产商一直在开发新的等级，这些等级是在分子水平上设计的，比以前的品种更可靠，更坚固. im体育APP选择的合格产品相对较新, 最近的一次是18个月前开发的, 有一个是特别的, 这是一种专门设计用于承受气体减压的FFKM，这是这种弹性体类型的主要历史弱点. 材料科学家也扩展了HBNR的极限, 经过测试的一个例子显示出前所未有的高压抵抗能力.

耐压弹性体 

该小组对这七种产品进行了各种测试，以便对它们进行鉴定，并提供全面的统计数据，以便进行准确的评估. 试验是在特定温度范围内进行的, 压力和流体比，以模拟井中现有环境条件和组件所需的使用寿命. 测试集中在三个主要感兴趣的领域——长期老化, 力学性能, 并具有快速的气体减压性能. 

该计划进行了一年多，以执行广泛的测试矩阵. 其中6个月用于测试所有7种产品的性能，以确保所有产品都能够承受长期暴露于各种流体化学im体育APP中. 这需要7次高达626巴和100°C的高压暴露试验, 用多种水的组合, 石油, CO2, HS2和甲烷. 为了进行这些高压曝光, 定制的不锈钢压力容器在内部设计和使用. 每个容器的壁厚为5厘米，容量约为3升, 这使得测试每个弹性体所需的压力几乎为1,000磅/ psi. 这些暴露试验监测肿胀, 硬度变化, 压缩组变化, 1之后的拉伸性能, 三个月期和六个月期. 

确定减压效果和材料性能, 这些产品还进行了三种单独的快速减压测试, 再次在626巴和100°C下, 为了模拟深水作业环境. 除了, im体育APP设计了一种创新的压力系统，带有定制的蓝宝石观察窗. 标准压力容器两端用蓝宝石窗密封, 它允许观察员观察和记录加压环境中的过程. 可以将各种流体泵入安装样品的容器中, 这样就可以对材料进行物理观察了, 比如海豹, 在各种模拟条件下，直到它停止工作或产生物理损伤. 

这种独特的方法不仅允许记录不同弹性体产品在气体减压时暴露于超临界二氧化碳中的不同膨胀率, 但也允许绘制材料变化发生的确切点的图表-以前生产者无法获得的额外数据.

结果与结论

该计划的结果提供了一个确定的名单，其中排名七种弹性体产品, 并确定了最适合特定深水环境模拟的那些. 两款从测试中脱颖而出，在测试范围内表现出明显优越的性能结果, 正是这些被推荐用于实际操作. 当作为基准时，一个特殊的HBNR在快速减压下表现出令人印象深刻的抗损伤能力, 同类产品, 几年前测试过的, 在测试样品的横截面上有明显的裂缝. 在相同的条件下, 并通过蓝宝石窗户在现场观看, 性能最好的HBNR的特点是电阻均匀. 

在超临界CO2和HS2浓度较高的条件下对性能水平进行基准测试后，该HNBR的运行完整性也不受超临界CO2的影响, 可以在没有硫化氢存在的情况下重复测试，以显示二氧化碳是否产生任何负面反应. 虽然那么HS2, 与超临界二氧化碳结合, 在六个月的时间里会产生严重的破坏性影响吗, 正如预期的, 超临界CO2单独产生的性能波动可以忽略不计. 

如果没有先进的材料，比如这些弹性体, 部件设计人员将不得不依赖金属对金属密封. 这些材料不具备新型弹性体的性能门槛，将带来重大的工程挑战. 弹性体优异的性能证明了材料的多功能性——它具有固有的柔韧性，这使得它非常适合各种海上技术，例如从一艘船到另一艘船运输石油的粘合软管. 它还能够在一系列温度和压力下工作，并且其更坚固的示例可以形成更大直径的产品，在重型作业中部署时不太可能破裂, 波涛起伏. 

在这些基本上未被探索过的深处, 即使是像单个阀门这样小的东西也起着至关重要的作用，需要充分发挥作用才能保持其完整性长达30年. 先进的材料使巨头们能够在深水层进行数十亿美元的努力, 这要归功于它们最小部件的性能. 只有通过严格的测试和认证过程，才能对所选择的先进材料产生信心，以支持生产，并使E的技术挑战&P在更深，更冷，更极端的环境中不那么具有挑战性.