À toute vapeur : est-ce qu'un matériau d'étanchéité peut améliorer la fiabilité de votre pompe ESP au sein du secteur du pétrole et du gaz ?

En matière d'étanchéité dans des conditions d'exploitation difficiles, l'industrie des hydrocarbures en amont présente des applications parmi les plus extrêmes qui soient. Avec des liquides tels que les hydrocarbures et des gaz comme l'H2S, associés à des pressions pouvant largement dépasser les 20 000 PSI et des températures avoisinant les 200 ° C et plus, la fiabilité de l'étanchéité est indispensable pour éviter toute indisponibilité non productive. Si l'on ajoute des inhibiteurs de corrosion à base d'amines et de la vapeur à ce mélange, cela complexifie encore le choix de matériaux dans l'environnement du puits.

Différents matériaux élastomériques existent pour assurer l'étanchéité dans les puits, mais les perfluoroélastomères (FFKM) fournissent la résistance la plus élevée aux températures et la résistance chimique la plus large de tous les matériaux caoutchouteux. Au cours de la durée de vie d'une application, les FFKM offrent un excellent coût total de possession en réduisant les indisponibilités du matériel grâce à sa plus grande fiabilité dans un environnement de liquides corrosifs aux températures élevées. Alors que la technologie pétrolière évolue pour gagner en efficacité et optimiser sa production, la technologie d'étanchéité doit également évoluer.

Récemment, Greene Tweed a par exemple fait appel à son expertise dans les applications en étudiant ce qu'il faudrait faire pour prolonger la durée de vie d'un composant essentiel, tel qu'une pompe électrique submersible (PES) dans les puits SAG-D. Les données d'application ont montré qu'en général, les PES opèrent entre 135 ° C et 220 ° C, avec des températures maximales atteignant les 250 ° C. Une analyse interne de données publiques 1 a montré qu'associer des améliorations au niveau opérationnel et une mise à niveau de composants essentiels comme les joints d'étanchéité avec des matériaux qui résistent aux hautes températures, comme le FFKM peut réduire le risque de défaillance prématurée. En prolongeant la durée de vie de la PES, les opérateurs peuvent éviter des indisponibilités non-productives et les frais d'extraction d'une PES d'un puits en avance sur le calendrier de maintenance.

Après avoir analysé les données et les principaux modes de défaillance, Greene Tweed a collecté des commentaires des clients confirmant l'hypothèse que les températures élevées associées à la vapeur réduisaient la durée de vie des solutions d'étanchéité existantes dans les puits SAG-D. Tout ceci montrait bien que pour améliorer la fiabilité des applications en SAG-D, il fallait une nouvelle génération de solution d'échantéité, associant une large résistance chimique aux produits chimiques et liquides généralement présents dans les champs pétroliers et une meilleure rétantion des propriétés physiques après vieillissement lié à la vapeur.

En travaillant avec nos clients, nous avons établi une rétention acceptable des propriétés pour un nouveau composé après un essai agressif de vieillissement d'1 semaine à 260 °C. Ce composé faisait preuve d'une conservation de la résistance mécanique à la traction, de l'allongement en traction et un module de Young inférieur à 30 % de la perte maximum, en plus d'un changement faible de la dureté et du volume. Nous avons établi un composé FFKMde référence connu pour sa résistance à la vapeur et ses capacités face à de hautes températures. Les tests de performance ont montré que ce composé perdait plus de 50 % de sa résistance mécanique à la traction et de son module d'élasticité après le test de vieillissement à la vapeur d'1 semaine avec des joints toriques AS568-214 mais si les changements de dureté et de volume étaient faible après ce test.

Les étapes suivantes du processus de développement on consisté à évaluer les polymères en FFKM de quatre fournisseurs différents, à examiner les systèmes de vulcanisation de FFKM disponibles, puis à évaluer plus de 20 charges différentes pour obtenir des scores de réussite constants au test de vieillissement à la vapeur. Nous avons ensuite effectué les tests de compression à long terme (1000 heures) (cf. ci-dessus) et calculé la température à laquelle les joints toriques AS568A-214 atteindraient 80 % de déformation rémanente à la compression après exposition à l'air pendant 1000 heures à 258°C. La déformation rémanente à la compression mesure la déformation d'un matériau dans le temps et selon la température. Elle peut constituer un bon indicateur de la durée de vie d'un matériau à une température donnée. Plusieurs formulations ont été testées et ajustées jusqu'à atteindre la déformation rémanente voulue, qui montrait une amélioration par rapport au composé de contrôle.

Ce processus de recherche et développement de longue haleine s'est conclu par l'optimisation finale de la formulation qui a ensuite été commercialisée sous le nom de Chemraz® 694. Des essais approfondis ont montré que Chemraz® 694 obtenait de meilleures performances que les matériaux concurrents après une période prolongée à 260 °C dans la vapeur et une exposition brève à des pics de 316 ˚C. D'autres batteries de tests complètes réalisées dans différentes conditions ont montré que Chemraz® 694 est la solution de référence pour augmenter la fiabilité du matériel dans des environnements extrêmes avec de la vapeur et des températures élevées, comme les puits SAG-D.

1 Source : https://www.aer.ca/providing-information/data-and-reports/activity-and-data/in-situ-performance-presentations