مواد العنصر المطاطي لتعبئة حقول النفط

في عمليات النفط في قاع البئر، تعد أدوات التعبئة أدوات أساسية لإنتاج المناطق والتكسير وحقن الماء والتوصيل. العنصر المطاطي، باعتباره المكون المرن الوحيد للتعبئة، يعمل بمثابة "القلب".

إن بيئة قاع البئر القاسية-التي تتميز بدرجات الحرارة المرتفعة والضغط العالي والملوحة العالية والتآكل الحمضي-القاعدي والتآكل-الغازي بالزيت-تفرض متطلبات شديدة على مواد العناصر المطاطية. ما إذا كان اختيار المواد دقيقًا يحدد بشكل مباشر موثوقية إعداد التعبئة، ومتانة الختم، ويؤثر في النهاية على معدلات نجاح التشغيل، ودورات البناء، وتكاليف الإنتاج.

تظهر بيانات الصناعة أن أكثر من 80% من حالات الفشل في الحقل مثل فشل الختم، والفك المبكر، وانتفاخ العناصر أو تشققها، والالتصاق الدائم تنبع من عدم التطابق بين المواد وظروف العمل. تقدم هذه المقالة تحليلاً متعمقًا-لمواد العناصر المطاطية السائدة في مجال التعبئة، وخصائص أدائها، والتطبيقات المناسبة، والاختلافات الرئيسية لدعم اختيار الأداة الأمثل واتخاذ القرار التشغيلي-.

تدور متطلبات إغلاق قاع البئر حول أربعة مقاييس أداء مهمة:

يتم استخدام أربعة أنواع من المواد المطاطية على نطاق واسع في صناعة حقول النفط: مطاط النتريل بوتادين (NBR)، وإيثيلين بروبيلين ديين مونومر (EPDM)، ومطاط النتريل بوتادين المهدرج (HNBR)، والمطاط الفلوري (FKM)، الذي يغطي التطبيقات من الآبار الضحلة التقليدية إلى الآبار العميقة للغاية، والعالية، ودرجة الحرارة، والضغط العالي-.

إن NBR هي المادة المطاطية الأولى التي تم اعتمادها والأقل تكلفة والأكثر تنوعًا، وهي بمثابة الاختيار القياسي لحقن المياه الروتيني وعمليات الآبار الضحلة.

مقاومة ممتازة للزيت ومقاومة التآكل، والاسترداد الميكانيكي المستقر، وعمليات التشكيل الناضجة، وتكاليف الإنتاج المنخفضة. مناسب للآبار الضحلة التقليدية، وحقن الماء العادي -بدرجة حرارة/ضغط، وعمليات التوصيل البسيطة، مع إمكانية الإعداد المتكرر.

مقاومة ضعيفة لدرجات الحرارة المرتفعة والأحماض/القواعد والتآكل الغازي. غير مناسب للآبار التي تحتوي على H₂S أو CO₂. الشيخوخة السريعة والتصلب وفقدان المرونة في ظل ظروف درجات الحرارة المرتفعة-. مقاومة البثق غير كافية تحت الضغط العالي جدًا-.

عمليات منخفضة التكلفة-في الآبار الضحلة بدرجات حرارة أقل من 120 درجة، بدون تآكل حمضي، وظروف ضغط متوسطة-إلى-منخفضة.

 

يوفر EPDM مقاومة ممتازة للماء، ومقاومة التقادم، ومقاومة الأحماض/القواعد، مما يجعله المادة المفضلة لغمر المياه ذات درجات الحرارة المتوسطة، وعمليات التحمض، وآبار إعادة حقن المياه المنتجة.

مقاومة فائقة للتحلل المائي، ومقاومة البخار، ومقاومة التآكل الحمضي/القاعدي مقارنةً بـ NBR. خصائص ممتازة مضادة-للشيخوخة ومضادة-للأوزون. صلابة جيدة في درجات الحرارة المنخفضة-دون التقصف. الحد الأدنى من التورم أو التشوه أثناء الغمر لفترة طويلة في الوسائط المعتمدة على الماء-.

مقاومة الزيت ضعيفة. يمكن أن يؤدي التلامس مع-النفط الخام أو المكثفات ذات التركيز العالي إلى التورم والتليين وتقليل القوة. غير مناسب لآبار النفط النقي أو الظروف ذات المحتوى العالي من النفط-النفط-. مقاومة ضعيفة لنفاذ الغاز عالي الضغط-.

العمليات القائمة على المياه-في الآبار المتوسطة-العميقة التي تقل درجة حرارتها عن 150 درجة، بما في ذلك حقن المياه، وإعادة حقن المياه المنتجة، والتحميض، وسد المياه.

 

إن HNBR هو نسخة مطورة من NBR، تم تعديله من خلال الهدرجة لتحسين البنية الجزيئية، ومعالجة قيود NBR في -درجات الحرارة المرتفعة ومقاومة التآكل. وهي حاليًا المادة الشاملة الأكثر استخدامًا على نطاق واسع-للآبار المتوسطة-العميقة وآبار النفط-درجة الحرارة العالية/الضغط العالي-آبار النفط الحامض.

يرث مقاومة التآكل والزيت الفائقة لـ NBR مع تحسين تحمل درجات الحرارة العالية-ومقاومة الكبريت ومقاومة التآكل بثاني أكسيد الكربون بشكل ملحوظ. قوة ميكانيكية عالية، قذف ممتاز، تمزق، ومقاومة دائمة للتشوه. مناسب للإعدادات المتكررة وعمليات الختم طويلة الأمد-، مع عمر خدمة يتجاوز بكثير NBR وEPDM.

تظهر بيانات الاختبار المقارنة أنه في ظل الظروف الحامضية عند 120 درجة، فإن تغلغل HNBR ومقاومة الشيخوخة تتفوق بشكل كبير على المواد المطاطية العادية.

تكلفة أعلى من NBR وEPDM. لا يمكنه تحمل درجات الحرارة المرتفعة جدًا- أو البيئات الحمضية القوية شديدة التركيز.

درجة حرارة عالية-(150 درجة -180 درجة )، وآبار ضغط متوسطة-إلى-مرتفعة مع وجود نسبة ضئيلة من H₂S/CO₂ متوسطة. مناسبة للعمليات المتقدمة مثل التكسير النطاقي، والإنتاج النطاقي الدقيق، وتوصيل المياه على المدى الطويل.

 

يمثل المطاط الفلوري اختيار الطبقة العليا-لعناصر التعبئة المطاطية، والتي تم تطويرها خصيصًا للظروف القاسية في قاع البئر. إنه الخيار الوحيد الذي يمكن الاعتماد عليه للآبار-العميقة جدًا ذات درجات الحرارة العالية جدًا-والتآكل القوي.

الحد الأقصى لدرجة الحرارة والضغط ومقاومة التآكل، متوافق مع جميع الوسائط القاسية الموجودة في قاع البئر تقريبًا. البنية الجزيئية المستقرة تقاوم التليين والتحلل والشيخوخة عند درجات الحرارة العالية. مقاومة ممتازة للقذف والتمزق والنفاذ تحت الضغط العالي، مما يتيح الغلق لمدة -طويلة الأمد في الآبار العميقة جدًا-.

يعمل مطاط رباعي البروبيل الفلور، من خلال تقنية التعديل، على تحسين مقاومة تآكل الكبريت والكربون، حيث يعمل كمادة متخصصة لآبار غاز الكبريت -ذات الحرارة العالية- العالية.

تكلفة عالية جدًا-تبلغ 10 إلى 100 ضعف تكلفة NBR العادية. صلابة أعلى وصلابة منخفضة بشكل عام-في درجات الحرارة المنخفضة. غير ضروري لتطبيقات الضغط المنخفض-ودرجات الحرارة العادية.

Ultra-high-temperature (>180 درجة)، الضغط العالي-، والضغط العالي-والكبريت، والآبار العالية-CO₂ العميقة والعميقة جدًا-. مناسب لعمليات التكسير العميق-للآبار، وسد آبار الغاز، وعمليات العزل على المدى الطويل-ذات درجات الحرارة العالية-.

 

تشير دراسات الحالة الميدانية إلى أن معظم حالات فشل العناصر المطاطية لا تنتج عن مشكلات الجودة بل عن أخطاء الاختيار. يجب تجنب ثلاثة أخطاء متكررة:

على الرغم من صغر حجمه، إلا أن العنصر المطاطي للتعبئة هو العنصر الحاسم لنجاح إغلاق البئر.

لا توجد مادة مطاطية عالمية-فقط الاختيار الأمثل لكل حالة تشغيل محددة. من خلال مطابقة المعلمات الأساسية الثلاثة لدرجة الحرارة والضغط والوسط بدقة، والانتقال إلى ما هو أبعد من السعر-المحدد أو الحجم-الواحد-الذي يناسب-جميع طرق الاختيار، يمكن للمشغلين بشكل أساسي تقليل حالات فشل الختم، والحوادث غير المستقرة، وأحداث الأنابيب العالقة، وبالتالي تحسين معدلات نجاح تشغيل قاع البئر، وخفض تكاليف الإنشاء، وإطالة عمر خدمة السلسلة. للحصول على معلومات أكثر تفصيلاً، من فضلك لا تتردد في الاتصال بفريق Vigor للحصول على معلومات أكثر تفصيلاً عن المنتج.