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 spécialisée dans les plastiques techniques ultra-hautes performances, capables de relever 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 l’état fondu, les matériaux haute performance de Drake peuvent être moulés par injection et extrudés pour obtenir des semi-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.
Applications pétrolières et gazières des matériaux haute performance de Drake
En plus de trente ans de collaboration avec des ingénieurs dans la conception et la fabrication de composants destinés aux équipements d’exploration, de diagraphie, de forage, de reconditionnement, de production et de distribution, l’équipe de développement d’applications de Drake a accumulé une liste impressionnante de réussites telles que celles-ci :
- 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.
- Billes de fracturation : le Torlon PAI établit la norme en matière de performances parmi les matériaux utilisés pour les 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 fracturation pour usage intensif : pour une résistance et une fiabilité optimales, Drake propose les billes de fracturation composites 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 fracturation et d’activation pour applications spécifiques : Drake propose également d’autres thermoplastiques haute performance, tels que le KetaSpire et le Victrex PEEK, l’Ultem PEI ou le PGA soluble, sous forme de billes usinées, afin de répondre aux conditions d’exploitation et aux exigences spécifiques en fond de puits.
- Les joints et les bagues d’appui usinés à partir de PEEK renforcé à 30 % de fibres de verre et de fibres de carbone possèdent la résistance nécessaire pour empêcher les élastomères de s’extruder sous pression.
- Les isolateurs et les châssis des outils de diagraphie fabriqués en PEEK KetaSpire KT820 GF30 renforcé de fibre de verre offrent la résistance mécanique, la stabilité dimensionnelle ainsi que la résistance thermique, électrique et chimique requises pour les outils de diagraphie modernes.
- Les corps de connecteurs sont fabriqués en PEEK, en Victrex HT PEK et en PEEK haute température afin d’isoler les broches conductrices et d’assurer un fonctionnement fiable dans les applications électriques, notamment celles liées aux 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 en ciment HTHP, fabriqués à partir de Torlon 5030 PAI renforcé à 30 % de fibre de verre, offrent la résistance de l’aluminium tout en étant faciles à percer.
- Les clapets et les boutons de levage destinés aux compresseurs à piston tirent leur grande solidité et leur résistance à l’usure du 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 les outils d’élargissement de puits 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 polyvalents et hautement performants de Drake offrent différentes combinaisons de propriétés qui s’adaptent parfaitement aux conditions d’utilisation et aux exigences de performance d’une grande variété d’applications dans le secteur pétrolier et gazier.
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 à l’intention de 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 en élastomère puissent conserver leurs propriétés physiques et assurer 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 causée par les produits chimiques agressifs figure en bonne place parmi les avantages du PEEK pour les composants utilisés dans les équipements d’exploitation forestière, de forage, de production et de transport.
Le PEEK se distingue également par sa résistance à une exposition prolongée à des environnements humides, notamment à l’eau chaude et à la vapeur, ce qui constitue un critère essentiel pour de nombreuses applications dans le secteur pétrolier et gazier.
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. Grâce à sa résistance à l’hydrolyse et aux agressions chimiques, le PEEK s’est imposé comme un matériau de choix pour la fabrication de composants hautement fiables destinés aux 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 naturellement 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.
Allant au-delà des performances de la qualité standard, une formulation de PEEK associée à du PTFE, du graphite et des fibres de carbone offre une meilleure résistance à l’usure pour les composants d’équipements pétroliers et gaziers qui doivent supporter des niveaux de frottement et de charge plus élevés. Désigné Victrex 450 FC30 « 10-10-10 ». PEEK : Drake fabrique des semi-produits ainsi que des pièces usinées avec précision et moulées par injection à partir de ce thermoplastique de qualité roulement et anti-usure, destiné à des applications soumises à des charges dynamiques plus intenses.
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 rondes extrudées, des plaques et des pièces usinées avec précision en KetaSpire® PEEK XT-920 NT non chargé, ainsi que dans des Grades renforcés de fibres.
Torlon® PAI : résistance inégalée pour les composants d'équipements pétroliers et gaziers
Résistance maximale aux températures extrêmes pour l'intégrité structurelle
À une température de 204 °C (400 °F), le Torlon® PAI conserve une résistance bien supérieure à celle que présentent les autres thermoplastiques techniques transformables à l’état fondu 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 résistance remarquable aux chocs à des températures cryogéniques, ce qui renforce ses avantages pour les applications soumises à des conditions d’utilisation difficiles dans le cadre d’opérations d’exploration, de forage, de diagraphie et de reconditionnement de puits.
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 mis au point le Torlon PAI Seamless Tube® dans une large gamme de combinaisons de diamètres extérieur et intérieur. 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 tubulaire permet également d’économiser le temps et les coûts liés au carottage de barres rondes pour la fabrication de 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 PPS (polyphénylène sulfure) Ryton® R-4 à haute résistance, renforcé à 40 % de fibres de verre, répond à de nombreuses spécifications des équipements du secteur pétrolier et gazier. Il s’agit d’un thermoplastique extrêmement rigide capable de conserver sa résistance structurelle à des températures supérieures à 400 °F (204 °C). 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 semi-produits de la gamme Ryton R-4 PPS de Drake, ainsi que les pièces usinées avec précision et moulées par injection, permettent d’obtenir des guides de tiges de fond de puits et des composants de pompes centrifuges et de pompes de levage dotés d’une grande résistance structurelle et d’une stabilité dimensionnelle optimale, même lorsqu’ils sont 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 élevées empêchent la déformation due à la pression hydrostatique dans les composants de joints de cloison à parois minces.
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 aux applications structurelles et électriques plutôt qu’aux composants de roulement et d’usure, pour lesquels Drake propose une gamme de polymères haute performance cristallins et semi-cristallins.
Outre la fourniture sur mesure de barres rondes et de plaques dans différentes qualités d’Ultem PEI, Drake Plastics extrude des tubes Ultem 2300 Seamless Tube® à partir d’une qualité de PEI à haute résistance renforcée à 30 % de fibres de verre. 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.
Le tube sans soudure Ultem 2300 PEI Seamless Tube® permet également de réduire le temps d’usinage et les pertes de matière liés au creusage du centre des barres rondes pour la fabrication de composants destinés à l’industrie pétrolière et gazière, tels que les isolateurs, les traversées et les rondelles de butée de forme circulaire.