Analiza kvarova gumene cijevi kompresionog pakera
Gumena bačva pakera je potpuno uronjena u ulje i radi pod zemljom. Molekuli rastvarača ulaze u umreženu mrežu gumene brtve, uzrokujući njeno bubrenje. Gustoća lanca mreže sistema se smanjuje, prosječna udaljenost terminala se povećava, a modul se smanjuje, kao što je prikazano na donjoj slici. Primjer opisa;
Proces bubrenja umreženih gumenih zaptivki uključuje dva dela: s jedne strane, rastvarač pokušava da prodre u gumenu zaptivku i izazove njeno bubrenje; s druge strane, ekspanzija volumena gumene brtve uzrokuje da se molekularni lanci mreže protežu u trodimenzionalni prostor, uzrokujući širenje molekularne mreže. Proizvodi elastičnu kontrakciju pod stresom, pokušavajući smanjiti molekularnu mrežu.
Kada se ove dvije suprotne tendencije ponište jedna drugu, postiže se ravnoteža bubrenja, modul elastičnosti gumene cijevi pakera se smanjuje, a tlačno naprezanje ostaje nepromijenjeno, što rezultira smanjenjem performansi zaptivanja. Povećanje temperature ubrzava kvar gumene cijevi.
- Ostali razlozi su sljedeći (opuštanje stresa, termalno starenje kisikom)
- Razlog 1: Opuštanje od stresa
- Pod aksijalnom kompresijskom silom gumenog uloška, radna površina gumenog uloška je u potpunosti u kontaktu sa zidom kućišta, a aksijalna kompresija dostiže maksimalnu vrijednost. Pod djelovanjem vanjske sile, segmenti polimernog lanca su prisiljeni da se rastežu u smjeru vanjske sile, stvarajući na taj način unutrašnji napon da se takmiči sa vanjskom silom. Međutim, molekularna konformacija se podešava kroz termičko kretanje segmenata lanca, tako da su tačke zapetljanja raspršene, molekularni lanci proizvode relativno klizanje i postupno se vraćaju u prvobitno uvijeno stanje, unutrašnji napon se postepeno eliminiše, a spoljašnji sila koja je u ravnoteži naravno također se postepeno smanjuje kako bi se održala. Cijela molekula umreženog polimera konstantne deformacije ne može proizvesti pomicanje centra mase, tako da se napon može samo opustiti do ravnotežne vrijednosti, što rezultira smanjenjem modula elastičnosti cijevi za zaptivanje pakera, što rezultira kvarom zaptivača.
- Razlog 2: Otkazivanje brtve uzrokovano termičkim starenjem kisika
Najčešće zaptivke pakera koje se koriste u naftnim poljima su zaptivke od nitrilne gume sa odličnom otpornošću na ulje. Proces termičkog starenja nitrilne gume prikazan je na slici ispod
Iako nitrilna guma ima dobru otpornost na ulje, alfa vodik na molekularnom lancu nitrilne gume reagira s kisikom na određenoj temperaturi kako bi se formirao nestabilan intermedijer, koji se raspada na dva segmenta s karbonilnom grupom i hidroksilnom grupom. Performanse nitrilne gume mijenjaju se shodno promjeni strukture tokom procesa termičkog starenja kisikom. Vlačna čvrstoća i čvrstoća istezanja smanjuju se s procesom termičkog starenja kisikom, što rezultira kvarom zaptivanja brtve pakera.