Introducción
Resinas fenólicasson sistemas de resina termoestable utilizados en aplicaciones industriales que incluyen recubrimientos, compuestos, aglutinantes y materiales formulados. En la producción de petróleo y gas en alta mar, la idoneidad de un sistema basado en resina fenólica depende de su función material, la construcción completa del sistema, el entorno de servicio y los requisitos de calificación.
Las operaciones costa afuera incluyen varios entornos de servicios distintos. Un sistema material adecuado para un entorno no debe asumirse automáticamente como adecuado para otro. Por lo tanto, los sistemas de resina fenólica se pueden evaluar para aplicaciones marinas seleccionadas, pero la idoneidad no se puede determinar únicamente a partir de la química de la resina o la categoría del producto.
Offshore no es un entorno de servicio único
Las operaciones offshore comprenden diferentes ubicaciones de servicios con diferentes condiciones de exposición:
- Las aplicaciones en la superficie pueden implicar exposición atmosférica, radiación UV, variación de temperatura y aerosoles marinos.
- Las aplicaciones en zonas de salpicaduras pueden implicar contacto intermitente con agua de mar, erosión y carga asociadas con el componente completo.
- Las aplicaciones submarinas pueden implicar inmersión continua en agua de mar, presión hidrostática cuando sea relevante y condiciones de temperatura que varían según la profundidad, la geografía y las condiciones del proceso.
- Las aplicaciones en el fondo del pozo o en el fondo del pozo pueden implicar temperaturas elevadas, presión, hidrocarburos, salmueras u otros entornos químicos dependiendo del pozo.
La exposición a los rayos UV, por ejemplo, puede ser relevante para los materiales expuestos en la parte superior, pero generalmente no es un factor en servicio para los componentes completamente sumergidos. Por lo tanto, la evaluación del material debe comenzar con la ubicación prevista para el servicio y el perfil de exposición real.
Defina la función del material antes de evaluar la idoneidad
"Resina fenólica" describe una amplia categoría de materiales con diferentes químicas, grados, formas suministradas y usos previstos. Se debe identificar la función de la resina dentro del sistema completo de materiales antes de evaluar la idoneidad en alta mar.
Los posibles roles incluyen:
- Resina matriz en un composite reforzado con fibras.
- Aglutinante en un material formulado.
- Componente de un sistema de revestimiento o revestimiento.
- Parte de un especializadoTaponamiento de yacimientos petrolíferos o formulación de tratamiento..
- Otras funciones específicas de la aplicación.
Los requisitos de desempeño difieren sustancialmente entre estos roles. Un grado de resina utilizado con éxito como aglutinante no se puede transferir automáticamente a una aplicación de recubrimiento, y el rendimiento de un compuesto de base fenólica no se puede predecir únicamente a partir de las propiedades de la resina pura.
Exposición térmica
El comportamiento térmico varía entre los grados y formulaciones de resina fenólica. Los factores relevantes incluyen:
- Química y calidad de la resina.
- Estado de curación y desarrollo de redes.
- Temperatura de funcionamiento sostenida.
- Ciclos térmicos.
- Duración de la exposición.
- Construcción completa del sistema.
El rango de exposición térmica permitido debe establecerse para la formulación de resina exacta y el sistema de material completo utilizando pruebas y datos técnicos relevantes para la aplicación.
Un estudio publicado evaluó un sistema de resina fenólica como uno de varios sistemas de obturación para una aplicación específica de recuperación térmica de petróleo pesado en alta mar (Liu et al., 2018). Esto proporciona un ejemplo de una formulación especializada para yacimientos petrolíferos en lugar de evidencia de que las resinas fenólicas como categoría general de materiales sean adecuadas para el servicio de alta temperatura en alta mar.
Exposición al agua de mar y a sustancias químicas
La exposición al agua de mar y a productos químicos puede afectar diferentes sistemas materiales de diferentes maneras.
Para equipos metálicos con sistemas de recubrimiento
El desempeño de la protección contra la corrosión debe evaluarse a nivel completo del sistema de revestimiento o revestimiento y no únicamente a partir de la química de la resina.
Los factores relevantes pueden incluir:
- Estado del sustrato y preparación de la superficie.
- Formulación de recubrimientos.
- Método de aplicación.
- Estado de curación.
- Espesor e integridad de la película.
- Adhesión.
- Condiciones de inmersión.
- Temperatura y exposición química.
La presencia de un componente de resina fenólica no establece por sí sola el desempeño de protección contra la corrosión.
Para sistemas de polímeros y compuestos
La exposición al agua de mar puede afectar:
- Captación de agua.
- Interfaces entre resina y refuerzo.
- Comportamiento dimensional.
- Conservación de propiedades físicas y mecánicas.
La respuesta depende de la formulación completa, el tipo de refuerzo, el estado de curado, la temperatura de exposición, la duración de la inmersión, la calidad de la interfaz y el diseño del componente.
Requisitos del sistema mecánico y compuesto
La capacidad mecánica de uncompuesto de base fenólicaestá determinado por el sistema compuesto completo y no solo por la resina.
Los factores importantes incluyen:
- Tipo de refuerzo y arquitectura.
- Contenido y orientación de fibra.
- Calidad de la interfaz resina-refuerzo.
- Diseño de laminado o componentes.
- Calidad de fabricación y control de procesos.
- Carga de servicios.
- Envejecimiento ambiental.
La idoneidad estructural no se puede inferir únicamente a partir de las propiedades de la resina pura. Las aplicaciones estructurales o de soporte de carga deben respaldarse mediante pruebas del sistema compuesto completo en condiciones relevantes para el servicio previsto.
Durabilidad y envejecimiento a largo plazo
El desempeño offshore a largo plazo puede depender de varios factores de antigüedad:
- Absorción de agua y envejecimiento relacionado con la humedad.
- Ciclos térmicos.
- Radiación UV y intemperie cuando sea relevante para aplicaciones expuestas.
- Estabilidad de las interfaces resina-sustrato o resina-refuerzo.
- Conservación de propiedades físicas y mecánicas relevantes.
- Adhesión del revestimiento cuando corresponda.
- Efectos de inmersión a largo plazo.
La importancia relativa de estos factores cambia con la ubicación del servicio. Por lo tanto, los sistemas expuestos en la parte superior y los sistemas permanentemente sumergidos requieren diferentes evaluaciones de durabilidad. El entorno de servicio por sí solo no establece la idoneidad del material.
Calificación y pruebas
La idoneidad en alta mar no puede establecerse únicamente a partir de la química de la resina. Dependiendo de la aplicación, la evaluación puede incluir:
- Rendimiento de exposición térmica y retención de propiedades.
- Resistencia a los fluidos de servicio esperados.
- Crianza en agua de mar o por inmersión.
- Adhesión cuando corresponda.
- Conservación de las propiedades mecánicas tras el envejecimiento.
- Estabilidad dimensional cuando sea relevante.
- Integridad del revestimiento cuando sea relevante.
- Prestaciones mecánicas a nivel de composite.
- Reproducibilidad del proceso y control de calidad.
- Rendimiento a largo plazo en condiciones de exposición representativas.
Se deben identificar los estándares industriales aplicables, las especificaciones del propietario u operador o los procedimientos de calificación internos para la aplicación prevista.
Qué deberían evaluar los formuladores y los ingenieros de materiales
Al evaluar un sistema de resina fenólica para una aplicación costa afuera, los equipos técnicos deben considerar:
- Designación exacta del grado de resina.
- Química y tipo de resina.
- Formulario suministrado.
- Papel material previsto.
- Sistema y condiciones de curado.
- Tipo de sustrato o refuerzo.
- Rellenos o aditivos en su caso.
- Entorno de servicio objetivo, como servicio en la superficie, zona de salpicadura, submarino o fondo de pozo.
- Temperatura y presión de funcionamiento cuando corresponda.
- Exposición química y por inmersión.
- Exposición a los rayos UV o a la intemperie cuando sea relevante.
- Consideraciones de humedad y absorción de agua.
- Requisitos de interfaz y adhesión.
- Comportamiento de envejecimiento y retención de propiedad.
- Condiciones de procesamiento y preparación de superficies cuando sea relevante.
- Control de defectos y nulos.
- Ensayos de formulación o procesamiento a pequeña escala.
- Pruebas del sistema completo.
- Cualificación específica de la aplicación.
Qué deben verificar los compradores
Los profesionales de adquisiciones deben solicitar y revisar:
- Designación exacta del grado.
- Química y tipo de resina.
- Formulario suministrado.
- Aplicación prevista y función material.
- Ficha Técnica (TDS).
- Ficha de Datos de Seguridad (FDS).
- Certificado de Análisis (CoA).
- Métodos y condiciones de prueba establecidos.
- Documentación de curación.
- Datos de resistencia química cuando sea relevante.
- Datos de inmersión o envejecimiento cuando sea relevante.
- Informes de pruebas específicos de la aplicación.
- Documentación de calificación o certificación cuando sea necesario.
- Material de muestra para la evaluación del ensayo.
TDS y CoA caracterizan el grado de resina suministrado o el lote de producción, pero por sí solos no demuestran su idoneidad en el extranjero. Los datos técnicos específicos de la aplicación y las pruebas de calificación deben revisarse antes de la aprobación del material.
Conclusión
Los sistemas de resina fenólica se pueden evaluar para aplicaciones seleccionadas de petróleo y gas en alta mar, pero la idoneidad no se puede determinar únicamente a partir de la química de la resina o la categoría del producto. La evaluación debe tener en cuenta el grado exacto de la resina, la formulación, la función del material, la construcción completa del sistema, las condiciones de exposición, los requisitos de envejecimiento y los criterios de calificación específicos de la aplicación.
Un sistema de material que funciona adecuadamente en un recubrimiento, compuesto o formulación especializada para yacimientos petrolíferos no debe asumirse automáticamente como adecuado para otra condición de servicio costa afuera.
Para la selección de materiales, los compradores y los equipos técnicos deben revisar la documentación específica del grado y utilizar datos de prueba o calificación relevantes para la aplicación antes de la aprobación.
Referencias
1. Gardziella, A., Pilato, LA y Knop, A. (2000). Resinas fenólicas: química, aplicaciones, estandarización, seguridad y ecología (2ª ed.). Springer Berlín, Heidelberg. DOI: 10.1007/978-3-662-04101-7. ISBN de tapa dura: 978-3-540-65517-6.
2. Liu, Y., Li, Z. y Pan, M. (2018). Un sistema de obturación de alta temperatura para la recuperación térmica de petróleo pesado en alta mar. MÁS UNO, 13(6), e0199709. DOI: 10.1371/journal.pone.0199709.