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API Publ 935-1999 弹性体在高温高压酸性环境中的性能研究与选材指南
为油气生产设备密封件的材料选择提供关键技术依据与测试数据
一、标准概况与适用范围
API Publ 935-1999（A Study of the Effects of High-Temperature and High-Pressure Environments on the Properties of Elastomers Used in Oil and Gas Production）是美国石油学会（API）发布的一份重要技术出版物。该出版物基于系统的实验研究，旨在解决高温、高压及酸性气体（尤其是H₂S）共存条件下弹性体材料的性能退化问题，为油气行业设备密封件的材料选择、性能验证及寿命评估提供科学依据。
标准适用于以下典型场景：
- API 6A 井口装置和采油树中的密封元件；
- API 16A 防喷器（BOP）中的弹性体部件；
- API 17D 水下采油树和管汇中的密封系统；
- 其他涉及高温、高压和酸性环境的油气生产设备。
技术要点：API Publ 935并非强制标准，而是一份性能数据汇编与选材方法论，常被引用为设备制造商和最终用户制定材料规格的基础依据。
截至2026年，该出版物仍是国内外酸性油气田密封设计引用最频繁的参考文件之一，尤其适用于满足NACE MR0175/ISO 15156要求的弹性体材料筛选。
二、主要技术内容与要求
1. 测试条件与暴露环境
标准设计了多组模拟现场工况的加速老化试验：
- 温度范围：100°C ~ 300°C；
- 压力范围：10 MPa ~ 35 MPa（取决于气体混合物）；
- 介质环境：含H₂S（典型浓度5%~30%）、CO₂、CH₄及盐水的混合流体；
- 暴露时间：168小时至1000小时不等。
2. 评估的弹性体类型
出版物共测试了十余种橡胶基材，包括：
- 丁腈橡胶（NBR）及氢化丁腈橡胶（HNBR）；
- 氟橡胶（FKM）与全氟醚橡胶（FFKM）；
- 四丙氟橡胶（FEPM/AFLAS）；
- 氯丁橡胶（CR）及乙丙橡胶（EPDM）等。
3. 性能指标与数据
每类弹性体在暴露前后均测试以下关键参数：硬度变化（Shore A）、拉伸强度变化率、断裂伸长率变化率、体积膨胀率、压缩永久变形及表面状态（裂纹、鼓泡等）。以下为典型弹性体在模拟酸性工况（150°C, 15% H₂S, 20 MPa, 336小时）后的数据对比：
| 弹性体类型 | 硬度变化 (pts) | 拉伸强度保持率 (%) | 断裂伸长率保持率 (%) | 体积膨胀率 (%) | 综合耐酸性评级 |
|---|---|---|---|---|---|
| HNBR（高氢化度） | +5~+10 | ≥85 | ≥70 | 5~10 | 良好 |
| FKM（双酚硫化） | +3~+8 | 75~90 | 60~80 | 3~8 | 良好至优异 |
| FFKM（全氟醚） | +2~+5 | ≥90 | ≥80 | ≤5 | 优异 |
| FEPM（四丙氟） | +5~+12 | 70~85 | 50~70 | 5~15 | 中等至良好 |
| NBR（标准丁腈） | +15~+25 | 40~60 | 20~40 | 20~40 | 差（不推荐） |
注：测试数据受硫化体系、填充剂类型及试样状态影响，实际应用时应参照具体配方验证。
重要预警：高温高压酸性环境极易引发弹性体的“爆炸减压”（RGD）失效，即使材料静态耐化学性合格，仍可能因快速气体膨胀导致内部龟裂。API Publ 935特别强调了慢速减压程序及材料韧性评估的重要性。
三、实施与应用要点
1. 选材流程
基于API Publ 935推荐，弹性体选材应遵循以下步骤：
- 明确设备最高工作温度、最大压力及气体分压（H₂S、CO₂）；
- 从数据集中筛选耐温耐化学等级匹配的候选基材；
- 考虑安装方式（静态/动态密封）及密封间隙，评估压缩永久变形和挤出耐受性；
- 针对所选牌号开展模拟工况验证测试（建议至少336小时）；
- 联合评估快速减压（RGD）抗性。
2. 与现行标准的配合使用
API Publ 935提供的性能数据常与以下规范配套使用：
- API 6A（第21版/ISO 10423） —— 规定密封件材料等级要求；
- NACE MR0175/ISO 15156 —— 确定弹性体在H₂S环境中的适用性门槛；
- API 17D（水下设备） —— 补充水下密封系统设计准则。
实施效益：正确采纳API Publ 935的方法进行选材，可显著降低密封失效导致的停机风险，延长检维修周期，尤其在酸性气田开发中使设备平均无故障时间（MTBF）提升30%~50%。
3. 常见误区纠正
许多工程师仅通过基础耐温等级选择弹性体，却忽略了H₂S浓度对FKM的水解影响，或对HNBR在高于160°C时的性能衰减认识不足。建议在临界工况下优先选用FFKM或特殊牌号FEPM，并参考API Publ 935中的长期老化曲线进行寿命预测。
安全关键要求：在酸性环境中使用未经API Publ 935数据验证或不符合NACE MR0175的弹性体，可能导致密封突然失效、井喷失控等灾难性事故，违反《危险化学品安全管理条例》及API 6A产品规范。
四、与其他标准的关系
API Publ 935本身不是标准，但它是多个国际规范的材料学基础：
- ISO 15156-2（硫化氢环境用材料——第2部分：抗开裂碳钢和低合金钢）在涉及弹性体密封时推荐参考API Publ 935的试验方法；
- API 16A（防喷器设备）在弹性体评估章节直接引用API Publ 935作为取证测试（Qualification Test）的选项之一；
- API 17K（水下柔性管）也将其列为黏合弹性体层选材的依据。
此外，该出版物中的测试方法论已被吸收进2015年后的ISO 23936系列（石油天然气工业——非金属材料）。因此，API Publ 935-1999至今仍是全球弹性体工程师的案头必备参考。
常见问题（FAQ）
问：API Publ 935-1999是否已被新版标准取代？
答：截至2026年，API未发布正式替代版本。但用户应结合更新的NACE MR0175/ISO 15156（2020版）及API 6A（第21版）的最新要求，并关注API 17D、6A中对弹性体取证测试的补充条款。
答：截至2026年，API未发布正式替代版本。但用户应结合更新的NACE MR0175/ISO 15156（2020版）及API 6A（第21版）的最新要求，并关注API 17D、6A中对弹性体取证测试的补充条款。
问：出版物中的数据可否直接用于设计计算？
答：不可以直接使用。数据来自特定配方及试验条件，仅作为横向对比和初筛依据。最终设计必须采用实际选定配方的样品在模拟真实工况下进行验证测试。
答：不可以直接使用。数据来自特定配方及试验条件，仅作为横向对比和初筛依据。最终设计必须采用实际选定配方的样品在模拟真实工况下进行验证测试。
问：哪些弹性体材料具有最优异的综合性能？
答：根据API Publ 935，全氟醚橡胶（FFKM）在耐温、耐化学和抗RGD方面表现最佳，但成本高昂。工程实践中常在高要求场合（≤200°C）选用适当牌号的FKM或HNBR，仅极端工况（>200°C且高H₂S）使用FFKM。
答：根据API Publ 935，全氟醚橡胶（FFKM）在耐温、耐化学和抗RGD方面表现最佳，但成本高昂。工程实践中常在高要求场合（≤200°C）选用适当牌号的FKM或HNBR，仅极端工况（>200°C且高H₂S）使用FFKM。
问：该标准是否适用于非API设备（如井下工具）？
答：可以。API Publ 935提供的是通用性能数据和方法论，同样适用于井下封隔器、安全阀、连接器及完井工具中的弹性体选材和验证。
答：可以。API Publ 935提供的是通用性能数据和方法论，同样适用于井下封隔器、安全阀、连接器及完井工具中的弹性体选材和验证。
