Elastómeros en Petróleo y Gas

Introducción a los elastómeros en petróleo y gas

La industria del petróleo y gas opera en algunos de los entornos más extremos del planeta, desde cabezas de pozo submarinas profundas con presiones que superan las 15.000 psi hasta instalaciones en superficie en desierto donde las temperaturas ambientales rutinariamente superan los 50 grados Celsius. Los sellos elastoméricos son componentes críticos a lo largo de toda la cadena de valor de los hidrocarburos, desde la exploración y perforación hasta la producción, el refinado y la distribución. La falla de un sello en aplicaciones de petróleo y gas puede resultar en incidentes de control del pozo, vertidos ambientales, pérdidas de producción y riesgos significativos para la seguridad del personal.

La combinación única de altas presiones, temperaturas extremas, fluidos agresivos (crudo, gas natural, H2S, CO2, salmueras, fluidos de completación) y condiciones de descompresión explosiva convierte a la industria del petróleo y gas en una de las más desafiantes para la selección de materiales elastoméricos. Los materiales no solo deben resistir el entorno químico, sino también mantener sus propiedades mecánicas bajo exposición sostenida a alta presión y rápidos cambios de presión que pueden causar fallos catastróficos del sello por descompresión explosiva.

Materiales elastoméricos de alto rendimiento para petróleo y gas

HNBR (Hydrogenated Nitrile Rubber)

HNBR es el elastómero de referencia en la industria del petróleo y gas, ofreciendo una combinación superior de resistencia al aceite, rendimiento a altas temperaturas y resistencia mecánica en comparación con el NBR estándar. La hidrogenación del segmento de butadieno en la columna vertebral del polímero mejora drásticamente la resistencia al calor, la resistencia al ozono y la resistencia a entornos con H2S (gas ácido). Las ventajas del HNBR para petróleo y gas incluyen:

• Excelente resistencia al crudo, condensados de gas natural y fluidos de perforación
• Capacidad de temperatura desde -30 grados Celsius hasta 150 grados Celsius (algunas calidades hasta 165 grados Celsius)
• Resistencia sobresaliente a entornos con gas ácido H2S según NACE MR0175/ISO 15156
• Resistencia superior a la descompresión explosiva (ED) en comparación con NBR y FKM
• Excelente resistencia a la abrasión para aplicaciones de sellado dinámico
• Buena resistencia a productos químicos utilizados en el endulzado de gas a base de aminas
• Alta resistencia a la tracción y al desgarro para un rendimiento robusto del sello

FKM (Fluoroelastomers)

FKM proporciona la mayor capacidad de temperatura continua entre los elastómeros utilizados habitualmente en petróleo y gas, lo que lo convierte en la opción preferida para pozos y equipos de superficie de alta temperatura. Los grados especiales de FKM están formulados específicamente para aplicaciones de petróleo y gas con mayor resistencia a la descompresión explosiva y compatibilidad con entornos de fluidos específicos:

• Capacidad de temperatura continua hasta 200 grados Celsius (algunos grados especiales hasta 230 grados Celsius)
• Excelente resistencia a hidrocarburos, disolventes aromáticos y fluidos clorados
• Buena resistencia a CO2 y entornos de gas sulfhídrico leves
• Grados de FKM de baja temperatura disponibles para aplicaciones submarinas (hasta -40 grados Celsius)
• Grados curados con peróxido con resistencia química mejorada y menor asentamiento por compresión
• Compuestos resistentes a ED diseñados específicamente para servicio de descompresión rápida de gas

FFKM (Perfluoroelastómeros)

FFKM se especifica para las aplicaciones de petróleo y gas más extremas donde ni HNBR ni FKM pueden sobrevivir. Pozos ultra-profundos, completaciones de alta temperatura/alta presión (HTHP) y entornos agresivos de inyección química a menudo requieren la resistencia química casi universal y la estabilidad térmica de FFKM. Aunque es significativamente más caro que HNBR o FKM, el coste de los sellos FFKM a menudo se justifica por el extremo coste de reemplazo de sellos en el fondo del pozo o por las consecuencias de una falla en el control del pozo.

Aplicaciones de sellado en fondo de pozo

Los entornos en fondo de pozo presentan las condiciones más extremas para los sellos elastoméricos en la industria del petróleo y gas. Los sellos de packer, las conexiones de tubería de producción, las válvulas de seguridad en fondo y los sellos de herramientas de completación deben funcionar de forma fiable a profundidades superiores a 20.000 pies, donde las temperaturas pueden alcanzar más de 200 grados Celsius y las presiones superar 15.000 psi. Estos sellos suelen ser inaccesibles tras la instalación, por lo que requieren materiales y diseños que proporcionen un servicio fiable durante años sin mantenimiento ni sustitución.

La resistencia a la descompresión explosiva (ED) es una propiedad crítica del material para los sellos de fondo de pozo. Cuando la presión del pozo disminuye rápidamente (durante pruebas del pozo, operaciones de terminación o ciclos de presión), los gases que han permeado el sello de elastómero a alta presión pueden expandirse más rápido de lo que pueden difundirse fuera del material, provocando ampollas internas, fisuras y fallo catastrófico del sello. Los compuestos HNBR y los FKM especiales resistentes a ED están diseñados para resistir este modo de fallo mediante una densidad de entrecruzamiento del polímero optimizada y sistemas de relleno.

Sellado de equipos de superficie

Los equipos de superficie, incluidas las unidades de cabeza de pozo, christmas trees, colectores de estrangulamiento (choke manifolds), separadores y conexiones de tubería, requieren sellos de elastómero diseñados para servicio de petróleo y gas. Los preventores de reventones (BOPs) utilizan elementos de sello de elastómero de gran diámetro que deben proporcionar integridad de sellado absoluta en condiciones de control de pozo de emergencia. Los arietes de BOP, los preventores anulares y los arietes para tubería incorporan elastómeros formulados especialmente para sellado a alta presión contra tubería de perforación, revestimiento y pozo abierto.

Los sellos de tubería, empaquetaduras de válvulas y juntas bridadas en los sistemas de recolección, procesamiento y transporte de petróleo y gas deben resistir la composición de fluido específica y las condiciones de operación de cada instalación. Las tuberías de gas amargo requieren elastómeros calificados según las normas NACE MR0175, mientras que los equipos de proceso a alta temperatura pueden requerir sellos FKM o FFKM.

Normas y calificación

La industria del petróleo y el gas ha desarrollado normas integrales para la calificación de materiales elastoméricos y las pruebas de sellado:

• NORSOK M-710: Calificación de materiales de sellado no metálicos para uso en la industria petrolera
• ISO 23936: Materiales no metálicos en contacto con medios relacionados con la producción de petróleo y gas
• NACE MR0175/ISO 15156: Materiales para uso en entornos que contienen H2S
• API 6A: Especificación para equipos de cabeza de pozo y christmas tree
• Total GS EP PVV 142: Ensayo de descompresión rápida de gas para elastómeros
• Shell MESC SPE 77/300: Elastómeros y plásticos en equipos de producción de petróleo y gas

Tereefek Solutions: Especialista en elastómeros para petróleo y gas

Tereefek Solutions suministra juntas y componentes elastómeros de alto rendimiento diseñados específicamente para aplicaciones de petróleo y gas. Nuestra gama de productos incluye juntas HNBR, FKM y FFKM en tamaños estándar API y a medida, con materiales calificados según NORSOK, ISO y especificaciones de los principales operadores. Entendemos la naturaleza crítica del sellado en las operaciones de petróleo y gas y ofrecemos productos con total trazabilidad de materiales y documentación de ensayos. Nuestro equipo técnico tiene amplia experiencia en aplicaciones elastómeras para petróleo y gas y puede ayudar con la selección de materiales según las condiciones específicas del pozo, los requisitos del proceso y las normas regulatorias. Contacte a Tereefek Solutions para soporte experto en sus desafíos de sellado para petróleo y gas.