核心系統(tǒng)關(guān)鍵零部件設(shè)計的來源：
四年前，隨著石油價格的穩(wěn)步下降，石油和天然氣勘探和生產(chǎn)企業(yè)達到最低迷狀態(tài)。上游、中游和下游的少數(shù)企業(yè)通過深入挖掘資源工具箱，以開發(fā)創(chuàng)新型應(yīng)對方式及采用新技術(shù)而得以幸免。他們的韌性最終獲得回報。到了2018年，全球石油需求達到每天1億桶的有史以來最高水平。通過降低成本并提高生產(chǎn)率的創(chuàng)新技術(shù)，美國有望超越沙特阿拉伯和俄羅斯成為世界領(lǐng)先的石油生產(chǎn)國，今年2月份的石油產(chǎn)量高達每天1200多萬桶。World Oil預(yù)測墨西哥灣的鉆探和進尺分別增加7.7％和8.3％。與此類似，分析公司W(wǎng)estwood表示，經(jīng)過四年的下滑后，海灣地區(qū)的勘探預(yù)計2019年將增長30％。石油和天然氣巨頭的重點項目均支持這一增長；殼牌公司已宣布其Appomattox的侏羅系成藏，BP表示將在Atlantis三期重點關(guān)注該領(lǐng)域，而雪佛龍則致力于其超高壓錨桿項目。
為了確保行業(yè)更加安全、高效且環(huán)保，技術(shù)進步存在多種形式：水力壓裂和定向鉆井作業(yè)；數(shù)字傳感器數(shù)據(jù)采集和生產(chǎn)建模；安全無人機規(guī)程以及處理極端溫度和壓力并避免設(shè)備故障和泄漏的密封解決方案。根據(jù)市場研究公司(Research and Markets)的數(shù)據(jù)，石油和天然氣行業(yè)密封圈的全球市場正在處于上升時期，預(yù)計2018年行業(yè)產(chǎn)值為57億美元，到2023年達到64億美元。

哪些趨勢推動了石油和天然氣勘探領(lǐng)域密封圈的使用？另外哪些方面正在變得愈加重要？
圣戈班密封件的區(qū)域銷售經(jīng)理Jake Lester在其位于德克薩斯州休斯頓的辦公室敞開心扉，分享了他在為國內(nèi)及國際石油和天然氣客戶提供密封解決方案支持其各種挑戰(zhàn)性應(yīng)用方面的體會。
Lester 五年前作為應(yīng)用工程師加入圣戈班密封件事業(yè)部, 現(xiàn)從事銷售工作并致力于該行業(yè)，負(fù)責(zé)評估客戶需求、協(xié)助設(shè)計過程，并確保掌握從首次接觸到樣件、測試、按時交付、安裝和最終結(jié)果的所有客戶需求。他認(rèn)為自己觀察到四個關(guān)鍵領(lǐng)域的增長。
1.?液化天然氣-“美國的液化天然氣的生產(chǎn)和轉(zhuǎn)運正在不斷增長。液化形式的天然氣作為一種超低溫應(yīng)用，正在大幅提高產(chǎn)量和轉(zhuǎn)運，Lester說：“我們可以看到液化天然氣的顯著增加，為了讓德克薩斯州和路易斯安那州的海岸能夠容納更多的船舶，很多公司正在海岸上建造全新的碼頭，那里的各種施工非?；钴S。”美國能源信息署（EIA）的統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，液化天然氣出口能力預(yù)計將在2019年底翻一番。諸如浮動儲存和再氣化等其他類型的液化天然氣項目預(yù)計也將增加。
2.?地面生產(chǎn)-“我們發(fā)現(xiàn)與海底相比，這一領(lǐng)域的工程量更大，”Lester說?！暗怯捎凇孛嫔a(chǎn)’一詞可能包括那些低至500英尺但仍被視為鉆井平臺或陸上的極淺項目，因此可能會產(chǎn)生誤導(dǎo)。”隨著先前已關(guān)閉油井的重新返工，地面生產(chǎn)的增長正在嶄露頭角，這類油井在經(jīng)濟上更容易優(yōu)化性能。
3.?深水勘探-仍然是進一步尋找新儲量的動力-隨著要求更高溫度和壓力等條件的新項目不再成為主流-其也將變得更加經(jīng)濟，Lester也認(rèn)為過多年受限的深水勘探和生產(chǎn)，預(yù)計2019年將會復(fù)蘇。該研究公司預(yù)計2019年到2022年的深水勘探投資將達到每年2300億美元。
?Lester表示：尤其是“由于深度問題，現(xiàn)在海底或海岸極深的20,000 psi應(yīng)用存在著很大的需求壓力?！?br /> 4.?低逸散性排放（LFE）-Lester表示他看到低逸散性排放需求出現(xiàn)激增，特別是地面和鉆井平臺應(yīng)用存在這些要求。關(guān)注減少甲烷排放也是德勤在其展望中所指出的趨勢。一到兩年前，石油公司所尋求的是達到B類，ISO 15848-1排放標(biāo)準(zhǔn)，而現(xiàn)在他們致力于達到A級，這是圣戈班密封件事業(yè)部去年在逸散性排放峰會分享優(yōu)化閥桿密封解決方案的進展時曾經(jīng)提出的一個主題。
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盡管有些公司可能聲稱他們的彈簧密封圈符合A級標(biāo)準(zhǔn)；但是需要注意的是：他們是否也使用彈性體和石墨密封圈作為冗余，還是致力于在同一個密封圈上將其實現(xiàn)？

密封技術(shù)：解決石油回收過程更高需求所面臨的變化
圣戈班OmniSeal?彈簧式密封圈于二十世紀(jì)七十年代首次引入石油和天然氣市場。其目的在于解決彈性密封圈無法解決的極端可靠性和耐用性問題。這種密封包括PTFE,PEEK或其他聚合物材料的夾套，以及金屬蓄能彈簧，并且通常與防擠出支撐環(huán)配合使用。
Lester說，他認(rèn)為密封圈的最大需求在于解決液化天然氣的低溫以及其他應(yīng)用極高溫度問題。
圣戈班密封件經(jīng)常在液化天然氣的LFE密封解決方案以及低溫應(yīng)用中使用Fluoroloy?AO2（其具有低透氣性、改善蠕變和抗擠壓性、以及-200°至+260°C[-328°至+500°F]的工作溫度）。其他常用的石油和天然氣聚合物材料包括：
??Meldin?5301-一種專有定制PEEK，其具有化學(xué)和環(huán)境惰性，在高達+260°C[+500°F]的溫度條件下具有良好的強度，并具有耐高壓和耐高溫性。
??Fluoroloy?A16-一種專有定制PTFE，其特別適用于-268°至+316°C [-450°至+600°F]的溫度條件、以及存在耐磨性要求的應(yīng)用。
??Fluoroloy?A21-與Fluoroloy?A16相似，其具有更高的硬度和耐磨損性。
在解決存在極端溫度或壓力的應(yīng)用問題時，石油和天然氣制造商應(yīng)當(dāng)將重點放在最佳材料上，并留意可能需要稍微進行一些修改。隨著作業(yè)進一步向井下延伸，壓力變得非常極端，以至于設(shè)備（如果未經(jīng)專門設(shè)計和配置）可能會發(fā)生膨脹或壓縮，造成密封所在配合硬件的直徑發(fā)生改變。如果又處于運動狀態(tài)，還會產(chǎn)生更多的挑戰(zhàn)。
為了降低所承受的極限壓力，石油和天然氣制造商通常用諸如礦物油等惰性溫和材料填充開放區(qū)域來消除零件中的空隙。在利用儲油器的情況下，井下20,000 psi的壓力通過密封件可以降低到5,000 psi。當(dāng)涉及到高壓和避免交叉污染的情況時，也可以考慮采用雙向密封。
圣戈班密封件事業(yè)部經(jīng)常收到有關(guān)確保材料適配大型長期項目的測試請求。最近，一家美國大型石油和天然氣公司要求將其用于墨西哥灣的超高壓采油的Fluoroloy?和聚合物密封材料進行驗證。這種非金屬材料被要求能夠耐受強腐蝕性的氫氟酸流體以及高達20,000 psi的壓力。
該材料的測試是通過將其老化并將一組密封浸沒在壓力20,000psi和溫度300°F（149℃）的氫氟酸混合物中保持160小時完成的。一家獨立第三方測試公司對曝露前后的物理性質(zhì)測量值進行了記錄，并對拉伸、硬度、質(zhì)量、密度、體積和形變的變化進行評估。最終確定圣戈班密封件的四種Fluoroloy?材料均符合行業(yè)要求。
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密封專業(yè)知識：重要客戶注意事項
Lester表示，對客戶來說最重要的是我們是否已經(jīng)擁有類似應(yīng)用的成功經(jīng)驗。
圣戈班密封件擁有在陸上和海上勘探、生產(chǎn)以及其他領(lǐng)域從事石油和天然氣密封解決方案設(shè)計的六十年成功經(jīng)驗。這些方案應(yīng)用于多個知名項目，其中包括挪威海世界首個深度3,000米（9,842英尺）的海底壓縮站，并且在穿越阿拉斯加管道的嚴(yán)酷惡劣環(huán)境中安然無恙。具體應(yīng)用包括：
??上游和下游系統(tǒng)中的閥座和閥桿密封、閥體/閥蓋和閥體/閥蓋靜密封、V型填料和閥座嵌件
??海底鉆探、生產(chǎn)和運輸中的閥門和歧管密封圈以及支撐環(huán)
??低溫生產(chǎn)和運輸中的主要和次要旋轉(zhuǎn)面密封、水密封
??浮動生產(chǎn)轉(zhuǎn)塔旋轉(zhuǎn)堆疊系統(tǒng)中的密封圈
??可再生能源中的低逸散性排放密封
由于擁有上述專業(yè)知識，美國一家大型石油和天然氣客戶要求他們?yōu)槭秃吞烊粴釧PI 6D隔離閥中聚合物唇形密封的選型開發(fā)一本技術(shù)工程手冊。
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密封測試：極限條件投入
也許對于圣戈班密封件而言最獨特的一面是其在有限元分析（FEA）方面的戰(zhàn)略優(yōu)勢?，F(xiàn)有的FEA模型對于金屬材料（例如很多密封圈中的彈簧）是準(zhǔn)確的。然而，Lester表示，對于塑料材料而言現(xiàn)成的模型則并非如此。圣戈班花費超過三年時間開發(fā)非金屬熱塑性塑料模型，將其用于對比試驗臺和閥門設(shè)備的物理測試，以便能夠更準(zhǔn)確地確定密封圈承受磨損和損壞的情況。通過FEA進行仿真也比購買樣件進行測試效率更高，更便宜。
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