تحليل فشل برميل المطاط باكر الضغط
يتم غمر برميل باكر المطاطي بالكامل في الزيت ويتم تشغيله تحت الأرض. تدخل جزيئات المذيبات إلى الشبكة المتصالبة للختم المطاطي، مما يؤدي إلى انتفاخها. تنخفض كثافة سلسلة شبكة النظام، ويزداد متوسط المسافة الطرفية، وينخفض المعامل، كما هو موضح في الشكل أدناه. وصف المثال؛
تتضمن عملية انتفاخ الأختام المطاطية المتصالبة جزأين: من ناحية، يحاول المذيب اختراق الختم المطاطي ليتسبب في تضخم حجمه؛ من ناحية أخرى، يؤدي توسع حجم الختم المطاطي إلى امتداد السلاسل الجزيئية للشبكة إلى الفضاء ثلاثي الأبعاد، مما يؤدي إلى توسيع الشبكة الجزيئية. وتنتج انكماشًا مرنًا تحت الضغط، في محاولة لتقليص الشبكة الجزيئية.
عندما يلغي هذان الاتجاهان المتعارضان بعضهما البعض، يتم الوصول إلى توازن التورم، وينخفض معامل المرونة للبرميل المطاطي للتعبئة، ويظل ضغط الضغط دون تغيير، مما يؤدي إلى انخفاض في أداء الختم. تؤدي الزيادة في درجة الحرارة إلى تسريع فشل ختم البرميل المطاطي.
- الأسباب الأخرى هي كما يلي (استرخاء التوتر، الشيخوخة الحرارية للأكسجين)
- السبب 1: الاسترخاء الإجهاد
- تحت قوة الضغط المحوري للخرطوشة المطاطية، يكون سطح العمل للخرطوشة المطاطية على اتصال كامل بجدار الغلاف، ويصل الضغط المحوري إلى الحد الأقصى للقيمة. تحت تأثير القوة الخارجية، تضطر أجزاء سلسلة البوليمر إلى التمدد في اتجاه القوة الخارجية، وبالتالي توليد إجهاد داخلي للتنافس مع القوة الخارجية. ومع ذلك، يتم ضبط التشكل الجزيئي من خلال الحركة الحرارية لأجزاء السلسلة، بحيث يتم تشتيت نقاط التشابك، وتنتج السلاسل الجزيئية انزلاقًا نسبيًا، وتعود تدريجيًا إلى حالتها الملتفة الأصلية، ويتم التخلص من الضغط الداخلي تدريجيًا، ويتم التخلص من الضغط الخارجي. وبالطبع يتم أيضًا تخفيف القوة التي توازنها تدريجيًا للحفاظ على الجزيء الكامل للبوليمر المتشابك ذو التشوه الثابت لا يمكنه إنتاج مركز لحركة إزاحة الكتلة، لذلك يمكن للضغط أن يسترخي فقط إلى قيمة التوازن، مما يؤدي إلى انخفاض في معامل المرونة من برميل مانع التسرب باكر، مما أدى إلى فشل الختم.
- السبب 2: فشل الختم الناجم عن شيخوخة الأكسجين الحراري
أكثر أختام التعبئة شيوعًا المستخدمة في حقول النفط هي أختام مطاط النتريل ذات المقاومة الممتازة للزيت. تظهر عملية الشيخوخة الحرارية للأكسجين لمطاط النتريل في الشكل أدناه
على الرغم من أن مطاط النتريل يتمتع بمقاومة جيدة للزيت، إلا أن هيدروجين ألفا الموجود في السلسلة الجزيئية لمطاط النتريل يتفاعل مع الأكسجين عند درجة حرارة معينة ليشكل وسيطًا غير مستقر، والذي يتحلل إلى جزأين مع مجموعة الكربونيل ومجموعة الهيدروكسيل. يتغير أداء مطاط النتريل بشكل متوافق مع تغير الهيكل أثناء عملية تعتيق الأكسجين الحراري. تنخفض قوة الشد وقوة الاستطالة مع عملية تعتيق الأكسجين الحراري، مما يؤدي إلى فشل إغلاق مانع التسرب.