La vapeur en avant : Un matériau d'étanchéité peut-il améliorer la fiabilité des ESP pour le pétrole et le gaz ?
Lorsqu'il s'agit d'assurer l'étanchéité dans des conditions d'exploitation difficiles, l'industrie pétrolière et gazière en amont possède certaines des applications les plus difficiles qui soient. Avec des fluides tels que les hydrocarbures et les gaz tels que le H2S, combinés à des pressions dépassant largement les 20 000 psi et à des températures atteignant 200 °C et plus, la fiabilité de l'étanchéité est une nécessité absolue pour éviter les temps d'arrêt improductifs. Si l'on ajoute à ce mélange la vapeur et les inhibiteurs de corrosion à base d'amine, le choix des matériaux dans un environnement de fond de puits devient encore plus complexe.
Divers matériaux élastomères sont disponibles pour l'étanchéité en fond de trou, mais les élastomères perfluorés(FFKM) offrent la plus haute capacité de température et la plus grande résistance chimique de tous les matériaux en caoutchouc. Pendant toute la durée de vie d'une application, les FFKM offrent un excellent coût total de possession en minimisant les temps d'arrêt des équipements grâce à une plus grande fiabilité à des températures élevées et dans des conditions de fluides corrosifs. La technologie des champs pétrolifères évoluant pour gagner en efficacité et optimiser la production, la technologie d'étanchéité doit également évoluer.
Dans un exemple récent, Greene Tweed a mis à profit son expertise en matière d'applications en examinant ce qu'il faudrait faire pour prolonger la durée de vie d'un composant critique comme une pompe électrique submersible (ESP) dans les puits SAG-D. Les données d'application ont montré que les ESP fonctionnent généralement entre 135° C et 220° C, avec des températures de fonctionnement maximales autour de 250° C. Une analyse interne des données publiées1 a montré que la combinaison d'améliorations opérationnelles et de la mise à niveau de composants critiques, tels que les joints, vers des matériaux résistant à des températures élevées, comme le FFKM, peut réduire le risque de défaillance prématurée. En prolongeant la durée de vie de l'ESP, les opérateurs peuvent éviter les temps d'arrêt non productifs et les dépenses liées au retrait de l'ESP d'un puits avant la maintenance prévue.
Après avoir analysé les données et les principaux modes de défaillance, Greene Tweed a recueilli les commentaires de ses clients qui confirmaient l'hypothèse selon laquelle les températures élevées combinées à la vapeur diminuaient la durée de vie des solutions d'étanchéité existantes dans les puits SAG-D. Ces résultats ont montré que pour améliorer la fiabilité des applications SAG-D, une solution d'étanchéité de nouvelle génération combinant une large résistance chimique aux produits chimiques et fluides typiques des champs pétrolifères et une meilleure conservation des propriétés physiques après le vieillissement à la vapeur était nécessaire.
En collaboration avec nos clients, nous avons établi une conservation acceptable des propriétés d'un nouveau composé après un test agressif de vieillissement à la vapeur d'une semaine à 260°C. Ce composé a présenté une conservation de la résistance à la traction, de l'allongement à la traction et du module avec une perte maximale de moins de 30 %, en plus d'une faible dureté et d'un faible changement de volume.Nous avons établi un composé FFKM de référence connu pour sa résistance à la vapeur et ses capacités à haute température. Les essais de référence ont montré que ce composé perdait plus de 50 % de sa résistance à la traction et de son module après l'essai de vieillissement à la vapeur d'une semaine avec des joints toriques AS568-214, même si la dureté et le changement de volume étaient faibles après l'essai de vieillissement à la vapeur.
Les étapes suivantes du processus de développement ont consisté à évaluer les polymères de base FFKM de quatre fournisseurs différents, à passer au crible les systèmes de polymérisation FFKM disponibles, puis à évaluer plus de 20 ensembles de remplissage différents afin d'obtenir des scores de réussite constants au test de vieillissement à la vapeur.Nous avons ensuite effectué les tests de déformation rémanente à la compression à long terme (1000 heures) décrits ci-dessus et avons calculé la température à laquelle les joints toriques AS568A-214 atteindraient 80 % de déformation rémanente à la compression dans l'air pendant 1000 heures à 258°C. La déformation rémanente après compression, qui mesure la déformation du matériau en fonction du temps et de la température, peut donner une bonne indication de la durée de vie d'un matériau particulier à une température donnée. De multiples formulations ont été testées et ajustées jusqu'à ce que nous atteignions la déformation rémanente à la compression requise, avec une amélioration par rapport au composé de contrôle.
Le vaste processus de recherche et développement s'est conclu par l'optimisation finale de la formulation qui a ensuite été commercialisée pour l'utilisation du Chemraz® 694. Des tests approfondis ont démontré que le Chemraz® 694 était plus performant que les matériaux concurrents après un temps prolongé à 260°C dans de la vapeur et une exposition à court terme à une excursion maximale à 316˚C. D'autres régimes d'essais complets effectués dans des conditions variées ont montré que le Chemraz® 694 est la solution à privilégier pour augmenter la fiabilité des équipements dans des environnements critiques de vapeur à haute température, y compris le SAG-D.