蒸汽向前：密封材料能否提升油氣電驅泵的可靠性？
在嚴苛作業環境下的密封應用領域，上游油氣產業堪稱最具挑戰性的領域之一。面對碳氫化合物等流體與H2S等氣體，加上壓力飆升至20,000磅/平方英寸以上、溫度攀升至攝氏200度甚至更高，密封系統的可靠性是避免非生產性停機的絕對關鍵。 若在此混合環境中加入蒸汽及胺類腐蝕抑制劑，將使井下環境的材料選用更為複雜。
多種彈性體材料可用於井下密封，然而全氟彈性體（FFKM）在所有橡膠材料中具備最高耐溫性能與最廣泛的耐化學性。在應用壽命週期內，FFKM憑藉其在高溫與腐蝕性流體環境下的卓越可靠性，能大幅減少設備停機時間，從而提供優異的總擁有成本效益。隨著油田技術不斷演進以提升效率並優化產能，密封技術亦需同步進化。
以最近的一個例子格瑞特維 其應用專業知識格瑞特維 探討了在 SAG-D 油井中延長電潛泵（ESP）等關鍵組件使用壽命所需的條件。應用數據顯示，電潛泵通常在 135°C 至 220°C 之間運作，最高工作溫度約為 250°C。針對公開報告數據的內部分析1 顯示，若能結合操作優化措施，並將關鍵組件（如密封件）升級為FFKM等耐高溫材料，即可降低過早失效的風險。透過延長 ESP 的使用壽命，營運商可避免非生產性停機，並省去因在預定維護前將 ESP 從井中拔出所產生的費用。
在分析數據及主要失效模式後格瑞特維 客戶反饋，這些反饋支持了以下假說：高溫與蒸汽的結合會縮短 SAG-D 油井中現有密封解決方案的使用壽命。這些發現表明，為了提升 SAG-D 應用中的可靠性，必須開發新一代密封解決方案，該方案需兼具對典型油田化學品及流體的廣泛耐化學性，並能在蒸汽老化後仍保持更佳的物理性能。
透過與客戶合作，我們在260°C下進行為期一週的嚴苛蒸汽老化測試後，確立了新型複合材料的可接受性能保留標準。該複合材料不僅展現出低硬度與體積變化特性，其抗拉強度、抗拉伸長率及模量保留率亦維持在最高損失率30%以內。我們同時確立了以耐蒸汽性與高溫性能著稱的基準FFKM複合材料。 基準測試顯示，即使該基準化合物在蒸汽老化測試後呈現低硬度與體積變化，但使用AS568-214規格O型環進行為期一週的蒸汽老化測試後，其抗拉強度與模量損失仍超過50%。
開發流程的後續步驟包含評估來自四家不同供應商的FFKM基聚合物、審核現有FFKM固化系統，並篩選超過20種填料配方組合，以確保在蒸汽老化測試中持續達到合格標準。 隨後我們執行上述所述的長期（1000小時）壓縮永久變形測試，並計算出AS568A-214 O型環在258°C環境下經1000小時空氣暴露後達到80%壓縮永久變形的溫度值。 壓縮永久變形測試能衡量材料在時間與溫度作用下的變形程度，可有效預測特定材料於指定溫度下的使用壽命。我們反覆測試並調整多種配方，直至獲得優於對照組的壓縮永久變形值，達到所需標準。
經過廣泛的研究與開發過程，最終完成配方優化，並將其商業化應用於Chemraz®694產品。 經全面測試證實，Chemraz®694在 260°C 蒸汽環境中長時間運行後，以及短暫承受 316°C 峰值溫度衝擊時，其性能均超越競爭材料。其他在多種條件下進行的綜合測試方案亦顯示，Chemraz®694是提升關鍵高溫蒸汽環境（包括 SAG-D 系統）設備可靠性的首選解決方案。