石油和天然气工业设备:关键部件的挑战

石油和天然气:主要行业类别

石油和天然气的生产和加工需要一个复杂的多阶段供应链。这条供应链通常分为三个部分:上游，中游,下游．

我们将在下面一一介绍。对于整个石油/天然气生产过程的极其详细的概述，我们在这里推荐这个指南。

这些不同行业部门的公司组织各不相同。一些公司专门从事开采、精炼或管道作业，而另一些公司则是横跨所有这些作业阶段的综合运营商。

上游油气:开采

“上游”主要是指从地下提取石油/天然气的各种技术。所使用的精确提取机制取决于石油的底层等级(见下文)。石油和天然气开采是截然不同的，但又密切相关:在许多情况下，天然气的释放和捕获可能发生在石油钻探过程中。气体常常溶解在油中。

油气等级的重要性是什么?

“等级”是指油气的重要化学性质。这些属性可以根据提取介质的位置而变化。每一个等级都需要不同的操作程序和设备。例如，较稠、较低等级的油可能需要在较高的温度下精炼。不同等级的萃取工艺也不同:

• 轻油和中油可以自然地流到地球表面。从那里，通常可以使用垂直钻井和泵送来提取。
• 在某些地区，轻质油可能被困在无孔岩石中(有时被称为“致密”岩石;页岩就是一个著名的例子)。这种情况需要水平钻井和/或水力压裂(“水力压裂”)。
• 重油的稠度要厚得多，更不易流动。需要更先进的技术来提取它。

不同等级的油是如何提取的?

上面讨论的不同等级需要不同的提取技术。油气开采最重要的类别是“常规”和“非常规”。

1. 传统的提取指从地下油气储层抽水。在这些储层中，油在正常大气压下以液体的形式存在。这意味着它可以通过油井流入管道，而无需在提取现场进行大量额外的处理。这种更简单的提取过程在现阶段意味着更低的成本。常规石油钻探可以在陆上或海上钻井地点进行。
2. 非传统的提取指不能用传统方法提取的油。例如，油砂含有混合了厚颗粒物质的油。这种油可以通过“采砂”(直接开采油砂并运输到附近的破碎机进行分离)或“原位回收”(先进技术在砂子仍在地下时就实现分离)来提取。加拿大石油生产商协会提供了一个有用的解释，以沙为基础的提取在这里和一个此处为就地恢复方法

上游石油和天然气开采业务

石油/气井是大量设备的第一部分，用于将这些商品从地下开采出来，进行初步处理，并为中游段的储存/运输做好准备。如上所述，使用的精密设备取决于油的等级。所使用的设备种类繁多，这里无法一一列举。下面我们列出了一些重要的例子。

例如石油/天然气萃取设备

• 井口
• 生产和测试歧管
• 生产分隔符
• 计量和存储设备
• 储罐
• 用于萃取介质和支持化学品的泵(水，乙二醇)
• 支持系统(暖通空调、消防系统、气泵系统等)

中游油气:储运

一旦石油和天然气安全开采出来，就可以储存和/或运输到炼油设施，在那里它将转化为可销售的产品(或用于其他行业的中间产品)。

石油和天然气运输

石油和天然气通常通过火车、轮船或管道进行长距离运输。也有一些例外(例如，新开采的油砂可以用卡车进行短距离运输)。

火车和轮船提供了更大的灵活性(管道的运输目的地受到其建设的严重限制)。然而，管道提供更低的运输成本和更低的环境污染风险。这些管道覆盖的范围很广:仅美国就有超过260万英里的管道，每年输送数万亿立方英尺的媒体。这些巨大的体积超出了任何其他运输方式的能力。地面上、地下甚至海底都有管道。

同样的管道输送由许多不同公司开采和拥有的天然气/石油。这些数量由“猪”隔开，“猪”是设计用于在管道内部移动的小型车辆。猪不仅用于分离产品，而且用于清洁和监测/预防性维护。开云体育单双

下游石油和天然气:产品精炼和分销

最终工业部门的重点是将石油和天然气精炼成各种最终产品和中间产品，以及这些产品的销售和分销。开云体育单双

下游油气业务:炼油

一旦石油/天然气被提取和运输，就可以进行精炼了。精确的精炼过程取决于最终产品:石油和天然气是各种产品的核心投入。开云体育单双即使在燃料产品中，使用不同的精炼开云体育单双过程来创建:

• 喷气燃料
• 汽车燃料
• 燃料油
• 柴油
• 发电燃料。

但这些不同等级的燃料只是石油/天然气许多最终用途的开始。

非燃料油和天然气工业产品的例子有哪些?开云体育单双

精炼过程产生中间化学品，然后运输到公司，将这些中间产品变成最终产品。开云体育单双

• 沥青-我们使用石油燃料行驶的道路本身就是由石油制成的。
• 塑料和各种合成材料-从包装到乙烯基家庭墙板。
• 化学物质大量的“石化产品”是从石油中提炼出来的。天然气被用于化肥、防冻剂、氨和更多的化学品。
• 药品-甚至阿司匹林也是由苯制成的，苯是一种通常从石油中提取的化合物。
• 消费品-CD, DVD和口红只是几个例子。
• 服装-涤纶是一种合成材料，在世界各地的衣服中都能找到。

在石油/天然气的精炼过程中有哪些代表性的步骤?

我们无法详细介绍上面列出的所有产品类别所使用的许多不同类型的细化。以下是石油炼制的一些代表性步骤。美国能源信息管理局提供这里有一个很好的，更详细的指南。

1. 分离:分子是用常压蒸馏分离的。油被加热到高温，使其蒸发，这样它就可以从其他残留的化学物质中分离出来。第二阶段蒸馏过程有助于进一步将各种化学物质从原料油中分离出来。
2. 转换:即使在分离之后，重烃仍然存在。油被“裂解”以分离较重和较轻的分子。这意味着油再次被加热，这一次是用一种特殊的催化剂来促进化学反应。
3. 治疗:最后，燃料经过处理以减少具有腐蚀性或容易产生空气污染的分子(硫是一个突出的例子)。这一过程也被用于提高辛烷值，例如，汽车燃料。

天然气有其独特的精炼要求和工艺。你可以在这里找到一个很好的概述。

石油和天然气工业设备:组件工程挑战

如上所述，油气行业依赖于庞大的基础设施，拥有大量不同类型的设备。虽然该设备的工程要求因应用而异，但某些挑战是常见的。

油气设备组件面临的重要挑战是什么?

石油和天然气行业设备中使用的部件需要精心设计，以反映苛刻的操作条件。他们需要应对这些挑战，以确保高效运营和安全。

• 高温:在石油/天然气应用中，温度高达500华氏度是很常见的。组件需要经得起长时间暴露在这些温度下而不变形或以其他方式损害性能。
• 高压力:石油和天然气在运输和各种精炼过程中都是加压的。组件需要在极高压操作条件下保持性能。
• 腐蚀性化学物质:从清洁剂到硫酸“酸”气，石油和天然气行业充满了腐蚀性化学物质。组件需要在不影响性能的情况下经受住长期暴露。
• 磨料环境:原始介质通常含有大量的沙子和其他研磨颗粒物质。在工业中使用的组件需要经得起长时间的磨损，而不影响性能或寿命。
• 可靠性:油气组件对可靠性的需求是双重的。首先，他们承受不起失败:过早的、计划外的失败伴随着金融风险和实际危险。其次，他们需要最大限度地减少维护工作的需要，这既是为了限制成本，也是因为这些组件中的许多都位于复杂机制的深处，不容易进行日常维护。
• 成本效益:在高压/高温环境中使用的一些材料在这个庞大的行业所需的规模下根本不具有成本效益。用于航空航天的一次性选择组件可能符合必要的条件，但在石油/天然气领域却不具有成本效益，因为单个工厂或管道可能需要数千个。

三星材料在石油和天然气工业中的应用实例

• CJ复合:复合衬套提供了标准金属衬套的升级。三星CJ套管有着悠久的历史零油气应用中的故障。
• Ultraflon:我们设计了钢背玻璃/聚四氟乙烯衬里衬套，在严酷的服务(500°F)应用中提供与我们的CJ复合材料类似的性能。
• 工程热塑性塑料: PEEK和Rulon在高温应用(350°F)中表现良好，并在需要耐腐蚀性的低压、低负载条件下提供长寿命可靠性。Rulon和PEEK将在高温(350°F)下保持数千小时的机械性能。

要更深入地了解特定的材料规格，请使用下面的按钮访问我们的交互式材料数据库。

案例研究:三星聚合物材料在石油和天然气行业的成功案例

下面的案例研究有助于说明三星材料在整个石油和天然气行业提供的解决方案的多样性。在每种情况下，我们都仔细研究了手头应用程序的成本和性能要求。有了这些知识，我们就可以利用我们深厚的聚合物和复合材料阵容来提供最佳的组件。必要时，我们可以创建定制的配方来满足严格的操作需求。

上游油气行业的成功案例

上游材料成功案例一:水力压裂动力系统定制密封设计

客户端:水力压裂设备制造商。

挑战:水力压裂的动力系统是24/7/365运行，需要超可靠的传动设计。我们的客户需要定制的旋转轴密封设计，以提高行业对传动效率的期望。

解决方案:我们的工程师研究了一款上世纪60年代的汽车变速箱设计，以寻找灵感。动力传动系统上的密封材料只需简单改变，就可以提高正常运行时间和设备性能。这个案例是一个典型的例子，新材料允许老式设计原则来提高关键任务设备的投资回报率。

上游材料成功案例之二:电潜泵用高温酚醛止推垫圈

客户端:全球领先的油田服务提供商。

挑战:在泵注过程中，酚醛止推垫圈过热。温度会随着井深的增加而升高，而这些垫圈的工作环境通常超过300华氏度。

解决方案:三星研究了该应用程序，并确定Rulon 945为该应用程序的正确材料。这种Rulon配方能够承受300度以上的温度。它利用了专有的填料系统，在高温和低温应用中都能灵活操作。

上游材料成功案例三:环保衬管悬挂材料|结合了具有竞争力的成本和先进的性能

客户端:提供各种油气完井解决方案的OEM。

挑战:由于环境问题，尾管悬挂器设计的传统材料已无法使用。许多现代合金、涂层和复合材料都能够解决环境问题和性能要求，但事实证明，对于这种消耗性部件来说，它们都太昂贵了。

解决方案:三星的Ultracomp系列产品终于找到了替代现代材料的最佳开云体育单双点。Ultracomp实现了环保合规、先进的复合材料性能以及适合于大批量耗材的成本结构。

上游材料的成功故事:在不牺牲性能的情况下节省成本的固井工具

客户端:一家专业的石油和天然气完井供应商。

挑战:水泥工具是建造套管的必备产品。开云体育单双这些工具不能被检索或重用。传统的钢铁工具对于这种消耗性应用来说太昂贵了，而且运输困难。

解决方案:三星分析了套管的功能需求，并提供了CJ纤维缠绕系列产品作为更具成本效益的替代方案。开云体育单双我们的CJ材料带来了必要的强度和巨大的成本优势。

上游材料成功案例五:海上钻井设备中的打铜

客户端:海上钻井设备制造商。

挑战:一家大型海上钻井OEM需要一种更好的材料来制作他们的钻机线线轴——控制电缆牵引的线轴。他们传统上使用青铜，但需要更耐用、更清洁、更环保的选择。

解决方案:我们认为我们的CJ复合材料是正确的解决方案。与传统金属相比，这种材料在强度上不会妥协，可以轻松处理所需的负载和冲击。它永远不会腐蚀，即使长期暴露在盐水中。自润滑意味着无油运行，这在环境敏感的海洋环境中至关重要。

中游油气行业的成功案例

中游材料成功案例一:更强的法兰轴承，高旋转，高负荷应用

客户端:中游测量解决方案的领先OEM。

挑战:现有的紧密型转子法兰轴承缺乏所需的机械性能，在高负荷和转速下表现出冷流动变形。

解决方案:三星认识到这个问题是一个普遍的问题与未填充聚四氟乙烯在持续旋转应力。我们用Rulon AR和Rulon LR材料解决了这个问题，它们使用了填料系统，减少了冷流，提高了证明系统的效率。

中游材料成功案例之二:符合规格的压缩机活塞环材料

客户端:提供各种石油和天然气设备解决方案的OEM。

挑战:寻找合适的材料，可以支持活塞环在售后市场的压缩机部件具有竞争力的价格。这个应用程序需要长时间的高负载运行时。

解决方案:圣戈班在配制抗高磨损性能的化合物方面拥有数十年的经验。他们专门设计了一款适合这种应用的产品:Rulon 945。这是一种黑色聚四氟乙烯材料，在所有Rulon等级的负载下变形最低，是高要求热应用的理想选择，或任何地方都需要优异的耐化学性和良好的尺寸稳定性。

下游油气行业的成功案例

下游材料成功案例一:一种更持久，更精确的膜片仪表材料

客户端:OEM为各种油气应用提供解决方案。

挑战:膜片仪表中使用的遗留材料在高磨损应用中具有不充分的润滑性。保持组件的寿命和准确性是商业计量市场的基本要求。

解决方案:三星提供Rulon LR，利用其专有的填料系统，提供增强的尺寸稳定性。即使在长时间的高磨损使用后，这种优势也转化为最佳性能，实现了高精度和高性价比的使用寿命。

下游材料成功案例二:一种更经济、体积更小的管道扶正器材料，减少了安装时间

客户端:管柱扶正器OEM

挑战:管柱扶正器的传统材料体积庞大，需要过多的数量来完成每项工作。除了难以处理之外，这些材料的成本结构也变得庞大。

解决方案:三星的Ultracomp UC300AX提供了一个理想的解决方案。Ultacomp系列产品具有行业领先的抗压强度开云体育单双和耐磨性以及优异的润滑性。这些属性减少了所需材料的总平方英尺。在这个应用中，Ultrcomp成功地减少了安装、时间、运输成本和整体材料成本。

了解更多:石油和天然气设备的工程驱动组件选择

我们希望本指南能提供有用的见解，了解三星自润滑材料如何在高要求的石油/天然气应用中帮助提高组件性能。根据我们的经验，正确的材料选择可以帮助油气运营商和OEM解决一些最大的挑战。

与此同时，我们从来没有把我们的任何材料作为一个全面的解决方案。为了最大限度地提高性能、可靠性和效率，材料的选择需要基于对预计运行环境的仔细工程分析．

通常情况下，轴承和类似的振动和冲击吸收部件被视为商品，并从最便宜的投标人那里采购。从长远来看，我们认为采用工程驱动的方法来选择组件几乎总是有回报的。在许多情况下，我们的组件与传统金属解决方案具有直接的价格竞争力。在其他情况下，它们的价格相似，但提供了实质性的运营优势，带来了更大的生命周期ROI。石油/天然气是一个很好的例子，在这个行业中，故障的成本可能非常高，基于正确材料的精心设计的组件可以使一切变得不同。

为工程师提供正确的材料解决方案，三星带来了真正的咨询工程方法为我们与每一位客户的关系干杯。我们努力工作，不仅要了解材料的功能，还要了解它们在哪里可以解决问题，帮助设备比以往更好地工作。

如果您对我们先进的复合材料和高分子材料如何为您的石油/天然气设备解决工程挑战有疑问，请使用下面的按钮与我们的团队联系。