Peu de matériaux peuvent supporter les pressions élevées, les températures extrêmes, les produits chimiques agressifs et la manipulation brutale que subissent les équipements de l’industrie pétrolière et gazière. Drake Plastics est spécialisé dans les plastiques techniques à ultra-hautes performances qui sont à la hauteur de ces défis. Tous ont fait leurs preuves sur le terrain en réduisant les temps d’arrêt, en prolongeant la durée de vie et en améliorant la fiabilité dans les conditions les plus exigeantes des opérations pétrolières et gazières.

Le portefeuille de matériaux polyvalents de Drake comprend une gamme de grades Victrex® et KetaSpire® PEEK, PEEK XT haute température, Victrex HT PEK, Torlon PAI, Ryton® R-4 PPS, UltemTM PEI et AvaSpire® PAEK. Nous transformons ces matériaux exceptionnels en profilés extrudés usinables, en pièces de précision usinées par CNC et en profilés et composants moulés par injection utilisés dans les équipements d’exploration, de diagraphie, de forage, de reconditionnement et de production, ainsi que dans les pompes, les vannes et les composants de compresseurs pour les opérations en milieu de flux.

Chacun de ces thermoplastiques hautes performances offre une combinaison unique de rigidité structurelle à haute température, de résistance aux chocs à basse température, de propriétés d’isolation électrique et thermique et de résistance à l’usure par frottement, à la corrosion et aux attaques chimiques. Les diverses combinaisons de propriétés disponibles dans ce portefeuille de matériaux offrent aux ingénieurs des options solides pour des performances fiables adaptées à l’environnement de fonctionnement de chaque application.

En tant que thermoplastiques transformables à l’état fondu, les matériaux haute performance de Drake peuvent être moulés par injection et extrudés en1/2 produits usinables. Cette polyvalence de production permet des configurations pratiquement illimitées de pièces moulées par injection et usinées par CNC pour les applications pétrolières et gazières.

Les applications pétrolières et gazières des matériaux haute performance de Drake

En plus de deux décennies de collaboration avec des ingénieurs pour la conception et la production de composants pour les équipements d’exploration, de diagraphie, de forage, de reconditionnement, de production et de distribution, l’équipe de développement d’applications de Drake a dressé une liste impressionnante de réussites comme celles-ci :

  • Les connecteurs ESP et isolateurs fabriqués en PEEK, PEEK renforcé de verre, PEEK XT haute température et Victrex HT PEK fournissent l’isolation électrique haute tension requise dans les environnements exigeants où les pompes électriques submersibles doivent fonctionner. Drake propose des connecteurs sans porosité avec des broches et des inserts en cuivre au béryllium surmoulés ou pressés.
  • Boules de fracturation : Le Torlon PAI est la référence en matière de performance parmi les matériaux utilisés dans les boules de fracturation et d’activation de Drake. Ils offrent une résistance au fluage, une résistance à la compression et une ténacité impressionnantes par rapport aux autres matériaux thermoplastiques.
  • Boules de fracturation à usage extrême : Pour une résistance et une fiabilité ultimes, Drake propose Cannonball® boules de fracturation en composite Ils sont usinés à partir d’un composite à très haute résistance qui supporte des pressions allant jusqu’à 10 KSI sur les sièges avec des interférences aussi faibles que 2 %, permettant des systèmes à 60 zones. Les billes de fracturation Cannonball sont usinées avec des tolérances précises de +/- 0,0015″ (0,038 mm) de manière constante, bille à bille et lot à lot.
  • Boules de fractionnement et d’activation à usage spécifique Drake propose également d’autres thermoplastiques hautes performances, tels que le PEEK KetaSpire et Victrex, le PEI Ultem ou le PGA dissoluble, sous forme de billes usinées pour répondre à des conditions d’exploitation et à des exigences de fond de puits spécifiques.
  • Les joints et les bagues de soutien usinés en PEEK renforcé de 30 % de fibres de verre et de carbone présentent la résistance nécessaire pour empêcher l’extrusion des élastomères sous pression.
  • Les outils de diagraphie isolants et les chassis et les châssis fabriqués en PEEK KetaSpire KT820 GF30 renforcé de fibres de verre offrent la solidité, la stabilité dimensionnelle et la résistance thermique, électrique et chimique nécessaires aux outils de diagraphie modernes.
  • Lescorps de connecteurs font appel au PEEK, au Victrex HT PEK et au PEEK haute température pour isoler les broches conductrices et fonctionner de manière fiable dans les applications électriques, y compris celles des équipements sous-marins.
  • Les guides de tige de ventouse et les blazers fait sur mesure fabriqués par Drake répondent à des problèmes spécifiques de terrain ou de puits, tels que les attaques chimiques, la courte durée de vie ou l’usure du tubage. Le matériau est sélectionné en fonction des besoins spécifiques du puits ou du champ. Contactez Drake pour plus d’informations.
  • Les clapets à ciment HTHP (Haute temperature Haute Pression)fabriqués en Torlon 5030 PAI renforcé de 30 % de verre ont la résistance de l’aluminium mais sont facilement percables.
  • Les clapets et boutons de levage pour les applications de compresseurs alternatifs bénéficient d’une grande solidité et d’une résistance à l’usure grâce au PEEK renforcé de carbone.
  • Les anneaux à lanterne et les isolateurs de fond de puits de forage fabriqués en Ryton R-4 renforcé à 40 % de verre présentent la résistance chimique et thermique et la solidité nécessaires à une performance à long terme.
  • Sièges d’activation: Les sièges à bille Torlon 4203 permettent de déployer, d’activer et de rétracter des dispositifs tels que des outils d’élargissement de puits sur un seul siège à bille. Le siège donne un rendement suffisamment pour permettre à une bille d’activer l’outil avant de traverser le siège sans le fissurer ou le déformer de façon permanente, ce qui le rend prêt pour des stimulations ultérieures à des pressions très similaires aux activations précédentes.

PEEK : Propriétés physiques solides, résistance exceptionnelle aux produits chimiques et à l’hydrolyse

Les polymères haute performance polyvalents de Drake offrent différentes combinaisons de propriétés qui s’adaptent efficacement aux conditions d’utilisation finale et aux exigences de performance d’une variété d’équipements de l’industrie pétrolière et gazière.

Alors que le Torlon PAI offre une rétention unique de sa résistance à haute température supérieure à celle de tous les autres thermoplastiques transformables par fusion, le PEEK se distingue par un équilibre solide entre les propriétés physiques globales et la résistance chimique et à l’hydrolyse, au-delà des capacités de la plupart des polymères. Plusieurs formulations de PEEK présentant différents profils de propriétés ont été mises au point par Victrex plc sous la marque Victrex® PEEK et par Solvay sous la marque KetaSpire® . Marque de commerce PEEK. Les grades non chargés, à haute résistance et résistants à l’usure sont disponibles chez Drake dans la plus grande sélection de formes extrudées conformes à la norme Mil-P (jusqu’à 10″ de tige actuellement) ainsi que dans des pièces moulées par injection et usinées avec précision.

Les applications typiques du PEEK dans les équipements pétroliers et gaziers sont similaires à celles du Torlon PAI et comprennent les joints, les sièges de soupape, les châssis pour les appareils électriques dans les opérations de diagraphie. Parmi les différents grades de PEEK, on trouve des formulations présentant une résistance et des propriétés de roulement et d’usure améliorées, associées à la résistance inhérente du thermoplastique haute performance aux produits chimiques et à l’hydrolyse. La liste croissante d’applications dans des environnements d’exploitation sévères confirme la fiabilité et la reconnaissance du PEEK sous toutes ses formes polyvalentes dans l’industrie pétrolière et gazière.

Conformité PEEK : NORSOK M-710 et ISO 23936

Les normes NORSOK M-710 et ISO 23936 ont été élaborées pour l’industrie mondiale du pétrole et du gaz afin de garantir que les matériaux non métalliques utilisés comme bagues d’appui rigides pour les joints élastomères puissent conserver leurs propriétés physiques et leur fonction d’étanchéité de manière fiable pendant toute la durée de vie prévue de ces composants critiques.

Solvay et Victrex PLC fournissent les résines PEEK utilisées dans les 1/2 produits de Drake PEEK à partir desquelles les anneaux d’appui de joint sont usinés. Les grades Victrex® PEEK, dont le PEEK 450G, et les formulations KetaSpire® PEEK de Solvay, dont le KetaSpire KT-820 NT et le KetaSpire KT-820 CF30 renforcé à 30 % par des fibres de carbone, sont qualifiés NORSOK M-710 et ISO 23936 pour une utilisation en fond de puits dans les services de gaz acide et de vapeur.

Données de conformité PEEK NORSOK M-710/ISO 23936 :

KetaSpire PEEK
Victrex PEEK

Maintien de la résistance jusqu’à . 150°C.

Avec une température de transition du verre (Tg) d’environ 150°C , le maintien de la résistance du PEEK à des températures extrêmes répond aux exigences de performance de nombreuses applications d’équipement de fond de puits. De plus, sa température de fusion de 340°C . indique que le PEEK peut se comporter au-dessus de son Tg en fonction des variables de l’application telles que le degré de charge physique.

Les grades de PEEK renforcés de fibres de verre et de carbone ajoutent une plus grande résistance structurelle aux atouts du thermoplastique ultra-haute performance pour les composants d’équipements pétroliers et gaziers. Drake propose des 1/2 produits standard, des pièces usinées avec précision et des pièces moulées par injection dans plusieurs de ces options plus résistantes. Il s’agit notamment du Victrex 450 CA30 et du KetaSpire KT 820 CF30 de Solvay, contenant 30 % de fibres de carbone, et du KetaSpire KT 820 GF30, contenant 30 % de fibres de verre.

Résistance aux produits chimiques et à l’hydrolyse pour une fiabilité à long terme.

La résistance supérieure à la dégradation par les produits chimiques agressifs figure en tête de liste des avantages du PEEK pour les composants associés aux équipements de diagraphie, de forage, de production et de transfert.

Le PEEK excelle également dans la résistance à l’exposition à long terme à des environnements humides, y compris l’eau chaude et la vapeur, un élément clé pour de nombreuses applications pétrolières et gazières.

Dans les applications de forage off-shore, l’exposition constante à l’eau salée ajoute un facteur nuisible à un environnement de forage déjà corrosif. Les équipements d’exploitation forestière et de forage peuvent également s’étendre sur de grandes distances et sous l’eau, ce qui fait des réparations et des remplacements un problème majeur. La résistance du PEEK à l’hydrolyse et aux attaques chimiques en a fait un matériau de choix pour la fabrication de composants très fiables destinés aux équipements utilisés dans cet environnement difficile.

Résistance exceptionnelle à l’usure dans les applications de charge dynamique et de frottement.

En tant que polymère semi-cristallin, le PEEK résiste par nature à l’usure abrasive. Cela a donné lieu à de nombreuses spécifications pour ce polymère à ultra-hautes performances dans les roulements, les bagues, les rondelles de butée et les composants coulissants.

Prolongeant les performances du grade standard, une formulation de PEEK avec du PTFE, du graphite et des fibres de carbone offre une meilleure résistance à l’usure pour les composants des équipements pétroliers et gaziers qui doivent supporter des niveaux de friction et de charge plus élevés. Désigné Victrex 450 FC30 “10-10-10”. PEEK, Drake produit des 1/2 produits standard, des pièces usinées avec précision et des pièces moulées par injection à partir de ce thermoplastique destiné aux roulements et à l’usure pour les applications soumises à des charges dynamiques plus importantes.

Le PEEK XT haute température élargit sa gamme d’applications

Ajouté récemment au portefeuille de produits de Drake, le PEEK XT haute température ajoute des propriétés thermiques, mécaniques et électriques améliorées à la résistance chimique et à l’hydrolyse inhérente du PEEK standard. Ce nouveau développement de résine de Solvay étend la gamme d’applications du PEEK aux composants soumis à un environnement à haute température plus sévère que celui auquel les grades standard peuvent résister.

Solvay propose une famille de grades non chargés et renforcés par des fibres de son PEEK haute température transformable par fusion sous sa marque KetaSpire® PEEK XT. Il présente une température de transition vitreuse de 170°C, soit 20°C de plus que le PEEK standard. Les grades de PEEK haute température renforcés de fibres de verre et de carbone ajoutent un niveau plus élevé de résistance structurelle qui peut profiter aux connecteurs et à d’autres applications pétrolières et gazières par rapport au grade PEEK haute température non renforcé.

Drake propose des pièces moulées par injection et peut fournir des 1/2 produits: barres rondes et plaques extrudées ainsi que des composants usinés de précision fabriqués à partir de KetaSpire® PEEK XT-920 NT non chargé, ainsi que des qualités renforcées par des fibres.

Torlon® PAI : une résistance inégalée pour les composants d’équipements pétroliers et gaziers

Le Torlon PAI (polyamide-imide) est le thermoplastique transformable à l’état fondu le plus performant en termes de maintien de la résistance à des températures extrêmes. Il se classe bien au-dessus des limites supérieures des autres plastiques techniques haute performance en ce qui concerne sa résistance à la compression et à la flexion et sa capacité à rester rigide et dimensionnellement stable aux températures extrêmes – et variables – rencontrées dans les opérations pétrolières et gazières. Il résiste également aux produits chimiques présents dans les environnements de fond de puits de forage, à l’exception notable des amines, et sa résistance à l’usure lui confère une longue durée de vie dans les applications porteuses. Le Torlon est quelque peu hygroscopique, il n’est donc pas normalement utilisé pour les joints dans les applications pétrolières et gazières.

Résistance maximale aux températures extrêmes pour une intégrité structurelle

A 204°C, le Torlon® PAI conserve une résistance bien supérieure à celle des autres thermoplastiques techniques transformables par fusion à température ambiante. En fait, ce polymère à ultra-hautes performances ne commence pas à se ramollir avant d’atteindre 276°C, ce qui correspond à sa température de transition du verre (Tg). Même après une exposition continue à des températures élevées, il conserve la résistance nécessaire pour servir de nombreuses applications de manière fiable.

Le Torlon PAI présente également une remarquable résistance aux chocs à des températures cryogéniques, ce qui ajoute à ses avantages pour les applications exposées à une utilisation rigoureuse dans les opérations d’exploration, de forage, de diagraphie et de reconditionnement.

Les formulations de Torlon PAI renforcées de fibres de verre et de carbone augmentent la haute résistance inhérente du grade PAI non chargé et sont idéales pour les applications qui subissent des charges physiques plus sévères. Les opérations de complétion de puits, par exemple, tirent parti du Torlon 5030 PAI renforcé de verre à 30 % pour des clapets à ciment rigides et robustes pouvant être forés.

Drake a également développé le Torlon PAI Seamless Tube® dans une large gamme de combinaisons OD/ID. Sans lignes de soudure ou de tricotage, cette forme unique usinable sans soudure présente une résistance extrêmement élevée sous pression sur les parois intérieures ou extérieures. La configuration en tube élimine également le temps et le coût du carottage de la tige pour produire des pièces tubulaires et circulaires.

Résistance à la corrosion pour les vannes, les pompes et d’autres applications de fond de puits.

La résistance aux attaques et à la dégradation par les hydrocarbures aromatiques, aliphatiques, fluorés et chlorés est une exigence fondamentale des composants dans de nombreuses applications d’équipements pétroliers et gaziers, et un autre domaine où le Torlon PAI est performant. Il résiste à la plupart des acides à des températures modérées, et n’est affecté que par des produits chimiques extrêmement alcalins.

Stabilité dimensionnelle et propriétés isolantes pour les composants d’équipements électriques

Dans les outils de diagraphie, la haute résistance, les propriétés électriques et la stabilité du Torlon PAI s’avèrent avantageuses dans les isolateurs électriques, les châssis et autres composants où les dimensions prévisibles à de larges variations de température et la fiabilité à long terme sont critiques. Leurs propriétés d’isolation thermique et électrique et leur stabilité dimensionnelle à des températures extrêmes ont également été validées par la longue histoire de Torlon PAI dans les équipements en phase de production tels que les pompes électriques submersibles (ESP) et les connecteurs.

Grades de roulement et d’usure Torlon PAI pour une longue durée de vie dans les applications de charge dynamique.

Cinq grades différents de Torlon PAI destinés aux roulements et à l’usure renforcent la résistance à l’usure intrinsèquement élevée du PAI et prolongent la durée de vie des composants des équipements pétroliers et gaziers exposés à des conditions de frottement sévères. Le Torlon 4301, de qualité roulement, est utilisé pour une multitude d’applications, y compris les joints à billes dans les outils d’élargissement des puits de forage utilisés dans les opérations de reconditionnement. Le Torlon 4275 a été développé pour des applications de frottement à très haute vitesse. Le Torlon 4435 PAI à haut module offre plus de rigidité lorsque cela est nécessaire pour les aubes coulissantes et les segments d’étanchéité du piston.

Ryton® R-4 PPS: Un cheval de trait sans solvant connu sous 392ºF (200ºC)

Le Ryton® R-4 PPS (polyphénylène sulfure) à haute résistance, renforcé à 40 % par des fibres de verre, répond à de nombreuses spécifications relatives aux équipements pétroliers et gaziers. Il s’agit d’un thermoplastique extrêmement rigide capable de conserver sa résistance structurelle à des températures supérieures à 204°C. Ce matériau polyvalent n’a pas non plus de solvants connus en dessous de 200°C.

Les propriétés diélectriques inhérentes au Ryton PPS se classent également parmi les meilleures dans le domaine des polymères à ultra-hautes performances, un facteur qui explique le choix du matériau pour les connecteurs et les isolateurs utilisés dans les équipements de diagraphie et de forage du pétrole et du gaz.

Les formes standard Ryton R-4 PPS de Drake et les pièces usinées avec précision et moulées par injection fournissent des guides de tige de fond de puits structurellement solides et dimensionnellement stables, ainsi que des composants de pompes centrifuges et élévatrices exposés à des produits chimiques chauds et agressifs. Ses propriétés d’isolation électrique et thermique font également du Ryton R-4 PPS un choix fréquent pour les connecteurs et isolateurs électriques.

Pour répondre aux demandes des clients concernant ce matériau polyvalent dans les pièces usinées, l’équipe R&D de Drake a développé une technologie permettant d’extruder le Ryton R-4 PPS avec une qualité élevée et constante dans une gamme complète de tailles de barres et de plaques. Les certifications de résine accompagnent chaque livraison de formes et de pièces en PPS Ryton R-4 de Drake qui répondent désormais à de nombreuses exigences de production et de prototypes.

PEK, PEKK et PEKEKK : les options de polycétone haute température

Drake plastics propose également des formes extrudées sur mesure ainsi que des pièces moulées par injection à partir de polymères polyéthercétones résistants aux hautes températures désignés PEK, PEKK et PEKEKK. Chacun présente des propriétés thermiques comparables à celles du PEEK XT haute température. Toutefois, le rapport 2:1 entre l’éther (E) et la cétone (K) dans le KetaSpire XT, un véritable polymère PEEK, lui confère un avantage en matière de résistance chimique.

Un domaine d’application courant de ces polymères résistant à des températures plus élevées est celui des isolants dans les connecteurs de fond de puits tels que ceux utilisés avec les ESP ou les pompes électriques submersibles fonctionnant dans des environnements de fond de puits à température et pression élevées. Leur résistance et leur rigidité à des températures plus élevées empêchent la déformation due à la pression hydrostatique dans les composants de joints de cloison à paroi mince.

Ultem™ PEI: Haute performance dans les applications structurelles et électriques

Le PEI (polyétherimide) d’Ultem combine des propriétés électriques, une résistance et une flexibilité impressionnantes avec une résistance aux acides et aux hydrocarbures et une stabilité hydrolytique supérieure. Ses propriétés thermiques comprennent une température de transition vitreuse (Tg) de 215°C.

En tant que thermoplastique amorphe, il est spécifié pour des applications électriqueset structurelles plutôt que pour des composants de roulement et d’usure qui sont servis par la gamme de polymères haute performance cristallins et semi-cristallins de Drake.

En plus de proposer des barres rondes et des plaques dans différents grades de PEI Ultem sur une base personnalisée, Drake Plastics extrude des tubes sans soudure Ultem 2300® à partir d’un grade de PEI haute résistance renforcé de 30 % de verre. Disponible en stock dans de nombreuses combinaisons de diamètre extérieur et intérieur, la configuration unique sans soudure offre une résistance et une stabilité supérieures dans le sens de l’anneau sous une pression interne ou externe élevée.

Ultem 2300 PEI Seamless Tube® élimine également le temps d’usinage excessif et la perte de matériau associés au carottage du centre de la barre ronde pour les composants d’équipement de l’industrie pétrolière et gazière tels que les isolateurs, les douilles et les rondelles de butée à configuration circulaire.

PAEK : une option polycétone haute résistance pour les applications de fond de puits

Le PAEK (polyaryléthercétone) constitue une alternative au PEEK, avec une solidité et une stabilité similaires, et un niveau plus élevé de ductilité et de résistance à la traction, mais une bande de résistance chimique plus étroite. Le matériau est fourni par Solvay sous le nom de marque AvaSpire® PAEK. Lorsque les conditions d’applications correspondent à son profil de propriétés, il peut s’avérer très performant dans de nombreuses applications de l’industrie pétrolière et gazière.