Quando se trata de vedação em condições operacionais adversas, a indústria de Upstream Oil & Gas tem algumas das aplicações mais difíceis do mercado. Com fluidos como hidrocarbonetos e gases como H2S, combinados com pressões subindo bem acima de 20k psi e temperaturas chegando a 200°C ou mais, a confiabilidade na vedação é uma necessidade absoluta para mitigar o tempo de inatividade improdutivo. A adição de inibidores de corrosão à base de vapor e amina a essa mistura fornece complexidade adicional à seleção de material em um ambiente de fundo de poço.

Uma variedade de materiais elastoméricos estão disponíveis para vedação de fundo de poço , no entanto, os perfluoroelastômeros (FFKM) fornecem a mais alta capacidade de temperatura e a mais ampla resistência química de qualquer material de borracha. Ao longo da vida útil de uma aplicação, os FFKMs fornecem excelente custo total de propriedade, minimizando o tempo de inatividade do equipamento devido à maior confiabilidade em temperaturas elevadas e condições de fluidos corrosivos. À medida que a tecnologia de campos petrolíferos evolui para obter mais eficiência e otimizar a produção, a tecnologia de vedação também precisa evoluir.

Em um exemplo recente, a JST colocou sua experiência em aplicações em uso ao examinar o que seria necessário para estender a vida útil de um componente crítico como uma bomba submersível elétrica (ESP) em poços SAG-D. Os dados do aplicativo mostraram que os ESPs normalmente operam entre 135° C e 220° C com temperaturas operacionais máximas em torno de 250° C. A análise interna de dados divulgados publicamente1 mostrou que a combinação de melhorias operacionais com componentes críticos atualizados, como vedações para materiais com resistência a altas temperaturas, como O FFKM pode diminuir o risco de falha prematura. Ao estender a vida útil do ESP, os operadores podem evitar o tempo de inatividade improdutivo e a despesa de retirar um ESP de uma manutenção bem antes da programada.

Depois de analisar os dados e os principais modos de falha, a JST coletou feedback dos clientes que apoiaram a hipótese de que altas temperaturas combinadas com vapor diminuíram a vida útil das soluções de vedação existentes em poços SAG-D. Essas descobertas mostraram que, para melhorar a confiabilidade em aplicações SAG-D, era necessária uma solução de vedação de última geração combinando ampla resistência química a produtos químicos e fluidos típicos de campos petrolíferos e melhor retenção de propriedades físicas após o envelhecimento a vapor.

Colaborando com nossos clientes, estabelecemos uma retenção de propriedade aceitável para um novo composto após um teste agressivo de envelhecimento a vapor de 1 semana a 260°C. Este composto exibiu retenção de resistência à tração, alongamento de tração e módulo de perda máxima inferior a 30%, além de baixa dureza e mudança de volume. Estabelecemos um composto FFKM de referência conhecido por sua resistência ao vapor e capacidade de alta temperatura. Os testes de benchmark mostraram que este composto perdeu mais de 50 por cento de resistência à tração e módulo após o teste de envelhecimento a vapor de 1 semana usando O-rings AS568-214, embora tenha experimentado baixa dureza e alteração de volume após o teste de envelhecimento a vapor.

As próximas etapas do processo de desenvolvimento envolveram a avaliação de polímeros de base FFKM de quatro fornecedores diferentes, verificando os sistemas de cura FFKM disponíveis e, em seguida, avaliando mais de 20 pacotes de enchimento diferentes para obter pontuações de aprovação consistentes no teste de envelhecimento a vapor. Em seguida, executamos os testes de conjunto de compressão de longo prazo (1.000 horas) conforme descrito acima e calculamos a temperatura na qual os O-Rings AS568A-214 atingiriam 80 por cento de compressão no ar por 1.000 horas a 258°C. O conjunto de compressão, que mede a deformação do material ao longo do tempo e da temperatura, pode dar uma boa indicação de qual é a vida útil de um determinado material em determinada temperatura. Várias formulações foram testadas e ajustadas até atingirmos o conjunto de compressão necessário que mostrou melhora em relação ao composto de controle.

O extenso processo de pesquisa e desenvolvimento foi concluído com a otimização final da formulação que foi então comercializada para uso na FFKM. Testes extensivos demonstraram que o FFKM superou os materiais concorrentes após um longo tempo a 260°C em vapor e exposição de curto prazo a uma excursão de pico a 316°C. Outros regimes de testes abrangentes realizados sob uma variedade de condições mostraram o FFKM como a solução “Go-To” para aumentar a confiabilidade do equipamento em ambientes críticos de vapor de alta temperatura, incluindo SAG-D.