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2021年6月30日

承受壓力?這正是您需要檢查密封材料玻璃轉變溫度的關鍵原因

作者:西瑪·甘加蒂爾卡

井下環境施加的壓力可能是選擇密封材料的關鍵因素,尤其當應用場景要求密封元件在低溫下運作時。原因在於:壓力會改變玻璃轉變溫度——即聚合物中無定形成分從硬質狀態轉變為橡膠狀狀態的臨界溫度。

彈性體通常在玻璃轉變溫度以上使用,此時其質地較軟且更具彈性。然而,當應用中的壓力增加時,會使玻璃轉變溫度向上推移。每當壓力增加725 psi(50 bar),彈性體的玻璃轉變溫度在華氏溫度尺度上便會上升1.8度(相當於1°C)。 這意味著在15,000 psi壓力下,玻璃轉變溫度已上升約37°F;至30,000 psi時,玻璃轉變溫度更將攀升超過74°F(41°C)。格林特威德工程師在推薦材料時,除評估化學相容性與溫度外,亦會考量此壓力下的玻璃轉變溫度偏移現象。

例如,若應用需求為30,000 psi,Greene Tweed工程師可能會建議採用玻璃轉變溫度較低的材料,例如Chemraz® 678。 Chemraz® 678 在常壓下的玻璃轉變溫度為 -31 °F (-35 °C),這意味著在 30,000 psi 壓力下,其密封溫度可達 43 °F (6°C) 或更高。 若採用玻璃轉變溫度為2°F(-17°C)的類同全氟彈性體(FFKM),則在30,000 psi壓力下最低密封溫度需達77°F(24°C)。上述使用溫度雖基於玻璃轉變溫度估算,但實際應用中尚可透過其他測試手段進一步釐清適宜使用溫度範圍。

Chemraz® 678 除具備在高壓環境下形成密封的卓越可靠性外,更展現出對多數井下流體的優異耐化學性,並通過第三方實驗室認證,擁有業界頂尖的快速氣體分解(RGD)性能。RGD 現象通常發生於存在氣體的高壓環境中。 運作期間,氣體會滲透彈性體;當壓力釋放時,氣體可能以損壞密封件的速度從彈性體中逸出。ISO 23936-2:2011《石油、石化及天然氣工業——接觸石油與天然氣生產相關介質之非金屬材料——第2部分:彈性體》規範提供測試指引,有助於評估材料的RGD抗性特性。

阿克隆橡膠開發實驗室作為專精於橡膠、塑料及乳膠領域的頂尖檢測機構,已獨立認證Chemraz® 678符合ISO 23936全球抗RGD標準。 在該標準嚴苛的測試條件下,Chemraz® 678 以最高評級「0000」通過認證;此評級代表測試結束後材料表面未見任何裂紋,從而降低因RGD事件導致密封失效的可能性。

在決定所用材料等級時,溫度與化學相容性雖是關鍵因素,但高壓對密封件的影響同樣是材料選用的決定性因素。憑藉豐富的材料產品組合,Greene Tweed的現場應用工程師在為高壓工況推薦材料與密封幾何結構時,會以更嚴謹的態度考量所有應用參數。

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