En ce qui concerne l'étanchéité dans des conditions de fonctionnement difficiles, l' industrie pétrolière et gazière en amont a certaines des applications les plus difficiles qui existent. Avec des fluides tels que les hydrocarbures et des gaz tels que le H2S, combinés à des pressions dépassant largement les 20 000 psi et des températures atteignant 200 °C et plus, la fiabilité de l'étanchéité est un impératif absolu pour atténuer les temps d'arrêt improductifs. L'ajout de vapeur et d'inhibiteurs de corrosion à base d'amines à ce mélange complique davantage la sélection des matériaux dans un environnement de fond de trou.

Une variété de matériaux élastomères sont disponibles pour sceller le fond du trou , cependant, les élastomères perfluorés (FFKM) offrent la capacité de température la plus élevée et la résistance chimique la plus large 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 de l'équipement grâce à une plus grande fiabilité à des températures élevées et des conditions de fluides corrosifs. À mesure que la technologie des champs pétrolifères évolue pour gagner en efficacité et optimiser la production, la technologie d'étanchéité doit également évoluer.

Dans un exemple récent, JST a mis à profit son expertise en matière d'application pour examiner ce qu'il faudrait 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 d'environ 250 °C. L'analyse interne des données publiées1 a montré que la combinaison d'améliorations opérationnelles avec des composants critiques améliorés tels que des joints à des matériaux à haute résistance à la température tels que 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 d'un ESP d'un bien avant l'entretien prévu.

Après avoir analysé les données et les principaux modes de défaillance, JST a recueilli les commentaires des clients qui étayaient l'hypothèse selon laquelle les températures élevées combinées à la vapeur réduisaient 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 rétention des propriétés physiques après le vieillissement à la vapeur était nécessaire.

En collaboration avec nos clients, nous avons établi une rétention de propriété acceptable pour un nouveau composé après un test agressif de vieillissement à la vapeur d'une semaine à 260°C. Ce composé présentait une rétention de résistance à la traction, d'allongement à la traction et de module de moins de 30 % de perte maximale 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 sa capacité à haute température. Les tests de référence ont montré que ce composé avait perdu plus de 50 % de résistance à la traction et de module après le test de vieillissement à la vapeur d'une semaine à l'aide de joints toriques AS568-214, même s'il avait subi une faible dureté et un faible changement de volume après le test de vieillissement à la vapeur.

Les prochaines étapes du processus de développement consistaient à évaluer les polymères de base FFKM de quatre fournisseurs différents, à vérifier les systèmes de durcissement FFKM disponibles, puis à évaluer plus de 20 emballages de charge différents pour obtenir des notes de passage constantes au test de vieillissement à la vapeur. Nous avons ensuite effectué les tests de compression à long terme (1000 heures) comme indiqué ci-dessus et calculé la température à laquelle les joints toriques AS568A-214 atteindraient 80% de compression dans l'air pendant 1000 heures à 258 ° C. L'ensemble de compression, qui mesure la déformation du matériau au fil du temps et de la température, peut donner une bonne indication de la durée de vie d'un matériau particulier à une température donnée. Plusieurs formulations ont été testées et ajustées jusqu'à ce que nous atteignions l'ensemble de compression requis qui a montré une amélioration par rapport au composé témoin.

Le vaste processus de recherche et de développement s'est conclu par l'optimisation finale de la formulation qui a ensuite été commercialisée pour être utilisée au FFKM. Des tests approfondis ont démontré que le FFKM surpassait les matériaux concurrents après un temps prolongé à 260 °C dans la vapeur et une exposition à court terme à une excursion maximale à 316 °C. D'autres régimes de test complets effectués dans diverses conditions ont montré que le FFKM était la solution « Go-To » pour augmenter la fiabilité des équipements dans les environnements critiques de vapeur à haute température, y compris SAG-D.