核心系統關鍵零部件設計的來源：
四年前，隨著石油價格的穩步下降，石油和天然氣勘探和生產企業達到最低迷狀態。上游、中游和下游的少數企業通過深入挖掘資源工具箱，以開發創新型應對方式及采用新技術而得以幸免。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率的創新技術，美國有望超越沙特阿拉伯和俄羅斯成為世界領先的石油生產國，今年2月份的石油產量高達每天1200多萬桶。World Oil預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Westwood表示，經過四年的下滑后，海灣地區的勘探預計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三期重點關注該領域，而雪佛龍則致力于其超高壓錨桿項目。
為了確保行業更加安全、高效且環保，技術進步存在多種形式：水力壓裂和定向鉆井作業；數字傳感器數據采集和生產建模；安全無人機規程以及處理極端溫度和壓力并避免設備故障和泄漏的密封解決方案。根據市場研究公司(Research and Markets)的數據，石油和天然氣行業密封圈的全球市場正在處于上升時期，預計2018年行業產值為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？
圣戈班密封件的區域銷售經理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性應用方面的體會。
Lester 五年前作為應用工程師加入圣戈班密封件事業部, 現從事銷售工作并致力于該行業，負責評估客戶需求、協助設計過程，并確保掌握從首次接觸到樣件、測試、按時交付、安裝和最終結果的所有客戶需求。他認為自己觀察到四個關鍵領域的增長。
1.?液化天然氣-“美國的液化天然氣的生產和轉運正在不斷增長。液化形式的天然氣作為一種超低溫應用，正在大幅提高產量和轉運，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，那里的各種施工非常活躍。”美國能源信息署（EIA）的統計數據表明，液化天然氣出口能力預計將在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計也將增加。
2.?地面生產-“我們發現與海底相比，這一領域的工程量更大，”Lester說。“但是由于‘地面生產’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，因此可能會產生誤導。”隨著先前已關閉油井的重新返工，地面生產的增長正在嶄露頭角，這類油井在經濟上更容易優化性能。
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-其也將變得更加經濟，Lester也認為過多年受限的深水勘探和生產，預計2019年將會復蘇。該研究公司預計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，現在海底或海岸極深的20,000 psi應用存在著很大的需求壓力。”
4.?低逸散性排放（LFE）-Lester表示他看到低逸散性排放需求出現激增，特別是地面和鉆井平臺應用存在這些要求。關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排放標準，而現在他們致力于達到A級，這是圣戈班密封件事業部去年在逸散性排放峰會分享優化閥桿密封解決方案的進展時曾經提出的一個主題。
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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級標準；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？
密封技術：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配合使用。
Lester說，他認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用極高溫度問題。
圣戈班密封件經常在液化天然氣的LFE密封解決方案以及低溫應用中使用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，其具有化學和環境惰性，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用問題時，石油和天然氣制造商應當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。隨著作業進一步向井下延伸，壓力變得非常極端，以至于設備（如果未經專門設計和配置）可能會發生膨脹或壓縮，造成密封所在配合硬件的直徑發生改變。如果又處于運動狀態，還會產生更多的挑戰。
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。
圣戈班密封件事業部經常收到有關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測量值進行了記錄，并對拉伸、硬度、質量、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?材料均符合行業要求。
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密封專業知識：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擁有類似應用的成功經驗。
圣戈班密封件擁有在陸上和海上勘探、生產以及其他領域從事石油和天然氣密封解決方案設計的六十年成功經驗。這些方案應用于多個知名項目，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酷惡劣環境中安然無恙。具體應用包括：
??上游和下游系統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、生產和運輸中的閥門和歧管密封圈以及支撐環
??低溫生產和運輸中的主要和次要旋轉面密封、水密封
??浮動生產轉塔旋轉堆疊系統中的密封圈
??可再生能源中的低逸散性排放密封
由于擁有上述專業知識，美國一家大型石油和天然氣客戶要求他們為石油和天然氣API 6D隔離閥中聚合物唇形密封的選型開發一本技術工程手冊。
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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）方面的戰略優勢。現有的FEA模型對于金屬材料（例如很多密封圈中的彈簧）是準確的。然而，Lester表示，對于塑料材料而言現成的模型則并非如此。圣戈班花費超過三年時間開發非金屬熱塑性塑料模型，將其用于對比試驗臺和閥門設備的物理測試，以便能夠更準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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