Peu de matériaux peuvent supporter les pressions élevées, les températures extrêmes, les produits chimiques agressifs et les manipulations brutales que subissent les équipements de l’industrie pétrolière et gazière. Drake Plastics’ est spécialisé dans les plastiques techniques à très 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 PEEK Victrex® et KetaSpire®, de PEEK XT haute température, de PEK Victrex HT, de PAI Torlon, de PPS Ryton® R-4, de PEI Ultem™ et de PAEK AvaSpire®. Nous transformons ces matériaux exceptionnels en pièces extrudées usinables, en pièces usinées CNC de précision et en pièces et composants moulés par injection utilisés dans les équipements d’exploration, de diagraphie, de forage, de workover et de production, ainsi que dans les pompes, les vannes et les composants de compresseurs pour les opérations mid-stream.
Chacun de ces thermoplastiques haute performance offre des combinaisons uniques de rigidité structurelle à haute température, de résistance aux chocs à des températures extrêmes, 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 opérationnel de chaque application.
En tant que thermoplastiques transformables à chaud, les matériaux haute performance de Drake peuvent être moulés par injection et extrudés en pièces extrudées 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.
Applications pétrolières et gazières des matériaux haute performance de Drake
Depuis plus de vingt ans qu’elle travaille avec des ingénieurs à la conception et à la production de composants pour les équipements d’exploration, de diagraphie, de forage, de workover, de production et de distribution, l’équipe de développement d’applications de Drake a dressé une liste impressionnante de réussites de ce type :
- Les connecteurs et isolateurs ESP pour ascenseurs artifici els 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 électropompes 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 le matériau le plus performant parmi les options de matériaux des billes de fracturation et d’activation de Drake. Ils offrent une résistance au fluage, une résistance à la compression et une ténacité impressionnantes par rapport à d’autres matériaux thermoplastiques.
- Billes de forage à usage extrême : Pour une résistance et une fiabilité ultimes, Drake propose les boulets de forage en composite Cannonball®. Ils sont fabriqués à partir d’un composite à très haute résistance qui supporte des pressions allant jusqu’à 10 KSI avec des interférences de siège aussi faibles que 2 %, ce qui permet des systèmes à 60 zones. Les boulets de fracturation Cannonball sont usinés avec des tolérances précises de +/- 0,0015″ (0,038 mm) de façon constante, d’un boulet à l’autre et d’un lot à l’autre.
- Billes de forage et d’activation à usage spécifique : Drake propose également d’autres thermoplastiques haute performance tels que KetaSpire et Victrex PEEK, Ultem PEI ou PGA dissolvable sous forme de billes usinées pour répondre aux conditions et exigences spécifiques de fonctionnement en fond de puits.
- Les joints et les bagues d’appui usinés en PEEK renforcé à 30 % de fibres de verre et de carbone ont la résistance nécessaire pour empêcher l’extrusion des élastomères sous pression.
- Les isolateurs et châssis d’outils de di agraphie fabriqués en PEEK KetaSpire KT820 GF30 renforcé de fibres de verre offrent la solidité, la stabilité dimensionnelle et la résistance à la température, à l’électricité et aux produits chimiques nécessaires aux outils de diagraphie modernes.
- Lescorps de connecteurs s’appuient sur le PEEK, le Victrex HT PEK et le PEEK haute température pour isoler les broches conductrices et assurer la fiabilité des applications électriques, y compris celles des équipements sous-marins.
- Les guides de barres rondes et les blazers fabriqués sur mesure par Drake répondent aux problèmes spécifiques des champs ou des puits en matière d’attaque chimique, de durée de vie réduite ou d’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 de ciment HTHP fabriqués à partir de Torlon 5030 PAI renforcé de 30 % de verre ont la résistance de l’aluminium mais sont faciles à percer.
- Les clapets et les 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 au carbone.
- Les anneaux de lanterne et les isolateurs de fond de puits fabriqués en Ryton R-4 renforcé de 40 % de verre présentent la résistance aux produits chimiques et aux températures et la solidité nécessaires pour des performances 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 de forage sur un seul siège à bille. Le siège cède 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 à celles des 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’applications d’équipement de l’industrie du pétrole et du gaz.
Alors que le PAI de Torlon offre une rétention de la résistance à haute température supérieure à celle de tous les autres thermoplastiques transformables à chaud, le PEEK se distingue par un équilibre solide entre les propriétés physiques globales et la résistance chimique et à l’hydrolyse, qui dépasse les capacités de la plupart des polymères. Plusieurs formulations de PEEK présentant différents profils de propriétés ont été développées par Victrex plc sous la marque Victrex® PEEK et par Solvay sous la marque KetaSpire® Nom commercial PEEK. Les grades non remplis, à haute résistance et résistants à l’usure sont disponibles chez Drake dans le plus grand choix de pièces extrudées conformes à la norme Mil-P (jusqu’à une barre de 10″ actuellement) ainsi que dans des pièces moulées par injection et des pièces usinées de 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 d’exploitation forestière. Parmi la variété de grades de PEEK, on trouve des formulations offrant une résistance accrue et des propriétés de roulement et d’usure associées à la résistance inhérente du thermoplastique haute performance aux produits chimiques et à l’hydrolyse. La liste croissante des applications dans des environnements d’exploitation sévères confirme la fiabilité et la reconnaissance que le PEEK, sous toutes ses formes polyvalentes, a gagnées dans l’industrie du pétrole et du gaz.
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 tout au long de la durée de vie prévue de ces composants critiques.
Solvay et Victrex PLC fournissent les polymères PEEK utilisés dans les semi-produits PEEK de Drake à partir desquels sont usinés les anneaux d’appui des joints. Les grades PEEK de Victrex®, dont le PEEK 450G, et les formulations KetaSpire® PEEK de Solvay, dont le KetaSpire KT-820 NT et le KetaSpire KT-820 CF30 renforcé de 30 % de fibres de carbone, sont conformes aux normes NORSOK M-710 et ISO 23936 pour l’utilisation en fond de puits dans les services de gaz acide et de vapeur.
Maintien de la résistance à 150°C (300°F)
Avec une température de transition du verre (Tg) d’environ 150°C (302°F), la résistance du PEEK aux températures extrêmes répond aux exigences de performance de nombreuses applications d’équipement de fond de puits. En outre, sa température de fusion de 340°C (644°F) indique que le PEEK peut fonctionner au-delà de sa Tg en fonction des variables de l’application telles que le degré de charge physique.
Les qualités de PEEK renforcées par des fibres de verre et de carbone ajoutent une plus grande résistance structurelle aux atouts de ce thermoplastique à très hautes performances pour les composants d’équipements pétroliers et gaziers. Drake propose des semi-produits, des pièces usinées avec précision et des pièces moulées par injection dans plusieurs de ces options de résistance supérieure. Il s’agit notamment du Victrex 450 CA30 et du KetaSpire KT 820 CF30 de Solvay avec 30 % de fibres de carbone, et du KetaSpire KT 820 GF30 avec 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 due aux produits chimiques agressifs figure en bonne place sur la liste des avantages du PEEK pour les composants associés à l’exploitation forestière, au forage, à la production et à l’équipement de transfert.
Le PEEK excelle également dans la résistance à l’exposition à long terme aux environnements humides, y compris l’eau chaude et la vapeur, une considération essentielle pour de nombreuses applications dans le domaine du pétrole et du gaz.
Dans les applications de forage en mer, l’exposition constante à l’eau salée ajoute un facteur préjudiciable 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 pour les équipements utilisés dans cet environnement difficile.
Résistance exceptionnelle à l'usure dans les applications dynamiques de support de charge et de frottement
En tant que polymère semi-cristallin, le PEEK résiste intrinsèquement à l’usure par abrasion. Cela a conduit à de nombreuses spécifications pour le polymère à très hautes performances dans les roulements, les bagues, les rondelles de butée et les composants de glissement.
En prolongeant les performances du grade standard, une formulation de PEEK avec PTFE, graphite et fibres de carbone offre une meilleure résistance à l’usure pour les composants d’équipements pétroliers et gaziers qui doivent résister à des niveaux de friction et de charge plus élevés. Désigné Victrex 450 FC30 « 10-10-10 ». PEEK, Drake produit des pièces usinées et 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
Récemment ajouté à la gamme de produits Drake, le PEEK XT haute température ajoute des propriétés thermiques, mécaniques et électriques améliorées à la résistance chimique et à l’hydrolyse inhérente au PEEK standard. Ce nouveau développement de polymère de Solvay élargit la gamme d’applications du PEEK aux composants dont l’environnement à haute température est plus sévère que ce que les grades standard peuvent supporter.
Solvay propose une famille de grades non chargés et renforcés par des fibres de son PEEK haute température sous la marque KetaSpire® PEEK XT. Il présente une température de transition vitreuse de 170° C (338° F), soit 20° C (36° F) de plus que le PEEK standard. Les grades de PEEK haute température renforcés par des 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 de PEEK haute température non renforcé.
Drake propose des pièces moulées par injection et peut fournir des barres extrudées, des plaques et des pièces usinées de précision en KetaSpire® PEEK XT-920 NT non chargé, ainsi que des barres renforcées par des fibres.
Torlon® PAI : résistance inégalée pour les composants d'équipements pétroliers et gaziers
Résistance maximale aux températures extrêmes pour l'intégrité structurelle
À 204 °C (400 °F), le PAI Torlon® conserve une résistance bien supérieure à celle que d’autres thermoplastiques techniques transformables à chaud présentent à température ambiante. En fait, ce polymère à très hautes performances ne commence à se ramollir que lorsqu’il atteint 276°C, soit sa température de transition vitreuse (Tg). Même après une exposition continue à des températures élevées, il conserve la résistance nécessaire pour répondre de manière fiable à de nombreuses applications.
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 workover.
Les formulations de PAI Torlon renforcées par des 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, capitalisent sur le Torlon 5030 PAI renforcé de verre à 30 % pour des clapets de 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 à la pression sur les parois intérieures ou extérieures. La configuration Tube permet également d’éliminer le temps et le coût du carottage de la barre pour produire des pièces tubulaires et circulaires.
Résistance à la corrosion pour les vannes, les pompes et autres applications de fond de puits
Stabilité dimensionnelle et propriétés isolantes des composants d'équipements électriques
Paliers et grades d'usure Torlon PAI pour une longue durée de vie dans les applications à charge dynamique
Le Ryton® R-4 PPS (sulfure de polyphénylène) à haute résistance, renforcé à 40 % de fibres de verre, répond à de nombreuses spécifications d’équipements pétroliers et gaziers pour un thermoplastique extrêmement rigide qui peut maintenir sa résistance structurelle à des températures supérieures à 204 °C (400 °F). Ce matériau polyvalent ne contient pas de solvants connus en dessous de 200°C (392°F).
Les propriétés diélectriques intrinsèques de Ryton PPS se classent également parmi les meilleures dans le domaine des polymères à ultra-hautes performances, ce qui explique le choix de ce matériau pour les connecteurs et les isolateurs utilisés dans les équipements de diagraphie et de forage du pétrole et du gaz.
Les formes en stock et les pièces usinées et moulées par injection de Ryton R-4 PPS de Drake permettent d’obtenir des guides de barres rondes de fond et des composants de pompes centrifuges et de pompes de levage structurellement solides et dimensionnellement stables, exposés à des produits chimiques chauds et agressifs. Ses propriétés d’isolation électrique et thermique font également de Ryton R-4 PPS un choix fréquent pour les connecteurs électriques et les isolateurs.
Pour répondre aux demandes des clients concernant ce matériau polyvalent dans les pièces usinées, l’équipe RD de Drake a développé la technologie permettant d’extruder le Ryton R-4 PPS avec une qualité élevée et constante dans une gamme complète de dimensions de barres et de plaques. Des certifications de polymères accompagnent chaque livraison de formes et de pièces en Ryton R-4 PPS de Drake, qui répondent désormais à de nombreuses exigences en matière de production et de prototypes.
PEK, PEKK et PEKEKK : options polycétones haute température
Drake Plastics propose également des pièces extrudées sur mesure ainsi que des pièces moulées par injection fabriquées à partir de polymères polyéthercétones résistants aux températures élevées, désignés PEK, PEKK et PEKEKK. Chacun présente des propriétés thermiques comparables à celles du PEEK XT haute température. Cependant, le rapport 2:1 entre l’éther (E) et la cétone (K) dans KetaSpire XT, un véritable polymère PEEK, lui confère un avantage en termes de résistance chimique.
Ces polymères plus résistants aux températures élevées sont couramment utilisés comme isolants dans les connecteurs de fond de puits, tels que ceux utilisés avec les pompes électriques submersibles fonctionnant dans des environnements de fond de puits à haute température et à haute pression. Leur résistance et leur rigidité à des températures plus élevées permettent d’éviter les déformations dues à la pression hydrostatique dans les joints de cloison à paroi mince.
L’Ultem PEI (polyétherimide) 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 destiné à des applications structurelles et électriques plutôt qu’à des composants de roulements et d’usure, pour lesquels Drake propose une gamme de polymères cristallins et semi-cristallins à hautes performances.
En plus de proposer des barres et des plaques dans différentes qualités de PEI Ultem sur mesure, Drake Plastics extrude des tubes sans soudure Ultem 2300 Seamless Tube® à partir d’un PEI à haute résistance renforcé au verre à 30 %. Disponible en stock dans de nombreuses combinaisons OD/ID, la configuration unique sans soudure offre une résistance et une stabilité supérieures dans le sens de l’arceau 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 pour les composants d’équipement de l’industrie pétrolière et gazière tels que les isolateurs, les tubes et les rondelles de poussée avec une configuration circulaire.
