La sélection du bon joint d'étanchéité de suspension de tubage est une étape importante de la conception ou de la maintenance d'une tête de puits de pétrole et de gaz. Le joint doit maintenir l'intégrité de la pression entre le tubage et les composants de la tête de puits tout en tenant compte des dimensions réelles, de l'état de surface, de la pression, de la température et des fluides de puits concernés.

Un joint correspondant à la taille nominale du tubage n'est pas nécessairement le bon choix. En pratique, les dimensions du tubage, le jeu d'étanchéité, l'état de surface, la pression, la température et la compatibilité de l'élastomère influencent tous les performances d'étanchéité.

Alors, comment sélectionner le bon joint d'étanchéité de suspension de tubage pour une tête de puits de pétrole et de gaz ?

Que doit faire un joint d'étanchéité de suspension de tubage ?

Un joint d'étanchéité de suspension de tubage crée une barrière de pression entre le tubage et les composants environnants de la tête de puits. Son objectif principal est d'aider à isoler l'espace annulaire du tubage et d'empêcher la pression ou les fluides de puits de passer à travers l'interface d'étanchéité.

La conception exacte du joint dépend de la configuration de la tête de puits. FS Seals, P Seals, S Seals, les joints en élastomère et les systèmes d'étanchéité métalliques peuvent être utilisés dans différentes configurations de suspensions de tubage ou de tubes.

C'est pourquoi la sélection d'un joint d'étanchéité de suspension de tubage doit commencer par l'équipement et l'emplacement d'étanchéité, plutôt que de simplement choisir un joint en fonction de son nom ou de sa taille nominale.

1. Commencer par les dimensions du tubage et de la tête de puits

La première étape consiste à identifier les dimensions de l'équipement existant.

Les informations importantes comprennent :

·Diamètre extérieur du tubage

·Diamètre intérieur et extérieur du joint

·Dimensions de la rainure du joint

·Jeu radial

·Profondeur et largeur de la rainure

·Tolérances dimensionnelles du tubage

·Dimensions du joint existant

Ces paramètres déterminent si le joint peut obtenir un contact suffisant avec le tubage et le corps de la tête de puits.

Pour les applications de remplacement, se fier uniquement à la taille nominale du tubage peut être risqué. Un plan ou un échantillon de joint existant fournit des informations beaucoup plus utiles pour confirmer la géométrie réelle d'étanchéité.

2. Tenir compte de l'état de surface du tubage

Le tubage n'est pas toujours une surface d'étanchéité idéale.

Selon l'équipement et les conditions d'installation, le tubage peut présenter :

·Des états de surface relativement rugueux

·Des variations dimensionnelles

·Des sections non circulaires

·Des tolérances géométriques plus importantes

·Des variations de jeu entre les composants en contact

Ces conditions peuvent affecter la capacité d'un élastomère à maintenir un contact constant avec le tubage.

C'est l'une des raisons pour lesquelles certaines conceptions de joints d'étanchéité de suspension de tubage sont développées spécifiquement pour les applications de tête de puits impliquant des surfaces de tubage rugueuses et des tolérances dimensionnelles ou géométriques plus larges.

Par exemple, les FS Seals sont conçus comme des joints d'étanchéité statiques pour suspensions de tubage et de tubes destinés aux têtes de puits et sont spécifiquement conçus pour s'adapter aux surfaces de tubage rugueuses et aux jeux plus importants.

3. Vérifier la pression de service

La pression est un autre facteur majeur lors de la sélection d'un joint d'étanchéité de suspension de tubage.

Ne regardez pas uniquement la pression nominale de l'équipement. Tenez compte des conditions réelles d'étanchéité, notamment :

·Pression de fonctionnement normale

·Pression différentielle maximale

·Cycles de pression

·Fluctuations de pression

·Direction de la pression

·Jeu autour du joint

Une pression différentielle élevée peut augmenter le risque d'extrusion de l'élastomère, en particulier lorsqu'il existe un jeu plus important entre les surfaces d'étanchéité.

Pour cette raison, la conception anti-extrusion du joint doit être évaluée conjointement avec la pression et le jeu.

FS Seals, par exemple, utilise des ressorts anti-extrusion intégrés conçus pour aider à protéger l'élastomère dans les applications de tête de puits haute pression.

4. Adapter le matériau du joint à la température et aux fluides du puits

Le matériau du joint doit être sélectionné en fonction de l'environnement de fonctionnement complet, et pas uniquement de la température.

Les options d'élastomères typiques pour l'étanchéité des têtes de puits de pétrole et de gaz comprennent :

NBR

Un choix courant pour les applications générales pétrolières et gazières où les conditions de pression, de température et de fluide se situent dans sa plage de fonctionnement appropriée.

HNBR

Souvent envisagé pour des conditions de température, mécaniques et de service pétrolier plus exigeantes.

FKM

Peut être envisagé lorsque des performances à haute température et une résistance chimique sont requises.

FFKM

Utilisé pour des environnements chimiques et thermiques particulièrement exigeants où un élastomère plus performant est justifié.

Le choix réel dépend de facteurs tels que :

·Température de fonctionnement

·Composition du pétrole et du gaz

·Exposition à l'eau

·Exposition au H₂S ou au CO₂

·Additifs chimiques

·Pression

·Durée de vie requise

La compatibilité des matériaux doit donc être évaluée conjointement avec la géométrie du joint.

5. Évaluer la conception anti-extrusion

Un joint de suspension de tubage fonctionnant sous haute pression nécessite une résistance suffisante à l'extrusion.

Lorsque la pression différentielle agit sur un élastomère, le matériau peut être poussé vers le jeu entre les composants en contact. Si le jeu est suffisamment important, des cycles de pression répétés peuvent finir par endommager le joint.

Selon la conception du joint, la protection anti-extrusion peut provenir de :

·Ressorts intégrés

·Bagues de secours

·Structures d'étanchéité renforcées

·Composants de support métalliques

Par exemple, le FS Seal utilise des ressorts intégrés comme éléments anti-extrusion. Un P Seal, en revanche, peut utiliser des bagues de secours pour soutenir l'élastomère sous pression. La conception P Seal de JST utilise des bagues de secours disponibles en acier inoxydable maillé ou en acier au carbone massif.

La configuration appropriée dépend de la conception de la tête de puits, du jeu, de la pression et des exigences d'étanchéité.

6. Choisir la conception du joint d'étanchéité selon la configuration de la tête de puits

Il n'existe pas de joint d'étanchéité universel pour suspension de tubage qui convienne à toutes les têtes de puits.

Différentes conceptions peuvent être sélectionnées en fonction de la configuration de l'équipement.

Joint FS

Un joint FS est un joint statique à ressort développé pour les applications de suspensions de tubage et de tubes. Sa conception convient particulièrement aux ensembles de tête de puits où des surfaces de tubage rugueuses, des jeux plus importants ou des tolérances dimensionnelles et géométriques plus larges doivent être pris en compte.

Joint P

Un joint P utilise un élément d'étanchéité en élastomère avec des bagues anti-extrusion de renfort. Dans la conception de JST, le joint est activé par l'injection de produit d'étanchéité et est utilisé dans la zone d'étanchéité inférieure des bobines de tubage ou des têtes de tubes.

Il peut être envisagé lorsque l'équipement nécessite une solution d'étanchéité activée par produit d'étanchéité avec un support anti-extrusion.

Joint S et autres conceptions

D'autres conceptions de joints pour suspensions de tubage ou de tubes peuvent également être utilisées selon la configuration d'origine de l'équipement.

Le point important est qu'un profil de joint ne doit pas être remplacé par un autre simplement parce que les dimensions semblent similaires.

La rainure, la compression, le jeu, la direction de pression et le mécanisme d'activation doivent tous être compatibles avec l'équipement.

7. Prendre en compte la méthode d'installation

Les exigences d'installation peuvent également influencer le choix du joint.

Avant de choisir un remplacement, déterminez :

·Comment le joint est installé

·Si le joint nécessite une injection de produit d'étanchéité

·Si les composants de renfort sont séparés ou intégrés

·Si le tubage est inséré à travers le joint

·Si des outils d'installation spéciaux sont nécessaires

·Si le joint peut être remplacé sans modification majeure de l'équipement

Par exemple, les conceptions de joints FS peuvent utiliser une structure anti-extrusion intégrée, évitant ainsi des composants anti-extrusion séparés et détachés pendant l'installation. Des sources industrielles décrivent également les joints FS comme des conceptions monobloc qui ne nécessitent pas d'opérations de pack-off après installation.

Cela peut être un élément important à prendre en compte lors du remplacement d'un joint existant sur le terrain.

8. Quand faut-il envisager un joint personnalisé pour suspension de tubage ?

Un joint standard peut être suffisant lorsque l'équipement suit une configuration établie et que les conditions de fonctionnement se situent dans la plage de conception.

Un joint personnalisé pour suspension de tubage peut être envisagé lorsque :

·Les dimensions du tubage ne sont pas standard

·Le joint existant est obsolète

·Le joint d'origine n'est plus disponible

·Les dimensions de la rainure sont inhabituelles

·La surface du tubage est particulièrement rugueuse

·Le jeu est plus important que prévu

·Les exigences de pression ou de température sont élevées

·Un composé d'élastomère spécifique est requis

·Le joint existant a subi une fuite ou une extrusion

Pour ces applications, la personnalisation ne signifie pas nécessairement la création d'un profil de joint entièrement nouveau. Elle peut consister à sélectionner les dimensions appropriées, l'élastomère, la configuration du ressort ou du renfort, ainsi que la géométrie d'étanchéité adaptée à l'équipement.

Quelles informations sont nécessaires pour sélectionner un joint de suspension de tubage ?

Lors de la prise de contact avec un fabricant de joints, les informations suivantes sont utiles :

Informations sur l'équipement

·Tête de tubage ou tête de tubes

·Type de tête de suspension de tubage

·Modèle de tête de puits ou fabricant d'origine (OEM)

·Emplacement d'étanchéité

Informations dimensionnelles

·Diamètre extérieur du tubage

·Diamètre intérieur/extérieur du joint d'étanchéité

·Dimensions de la rainure

·Jeu

·Dessin du joint existant ou échantillon

Conditions de fonctionnement

·Pression de service

·Pression maximale

·Température de fonctionnement

·Cycles de pression

Milieux

·Pétrole

·Gaz

·Eau

·Exposition au H₂S / CO₂

·Autres produits chimiques

Problèmes existants

·Fuite

·Extrusion

·Dommages au joint d'étanchéité

·Installation difficile

·Courte durée de service

Un dessin du joint ou un échantillon physique est particulièrement utile pour le développement personnalisé, car il permet au fabricant d'évaluer la géométrie d'étanchéité d'origine plutôt que de faire des suppositions à partir de la taille nominale du tubage.

Liste de contrôle pour la sélection du joint de tête de suspension de tubage

Avant de commander un joint, vérifiez ces paramètres clés :

Conclusion

La sélection du joint d'étanchéité de suspension de tubage adapté pour une tête de puits de pétrole et de gaz nécessite plus que l'adaptation du joint à la taille nominale du tubage.

Les facteurs les plus importants sont l'emplacement de l'étanchéité, les dimensions du tubage, l'état de surface, le jeu, la pression, la température, les fluides du puits, la compatibilité des matériaux et la conception anti-extrusion.

Pour les applications de tête de puits impliquant des surfaces de tubage rugueuses ou des tolérances dimensionnelles plus importantes, des conceptions telles que FS Seals peuvent offrir des avantages. D'autres configurations peuvent nécessiter des P Seals, des S Seals ou différentes technologies d'étanchéité selon la conception de l'équipement.

L'approche la plus sûre consiste à sélectionner le joint en fonction de la configuration d'origine de la tête de puits et des conditions réelles de fonctionnement, plutôt que de supposer qu'un joint d'apparence similaire offrira les mêmes performances.

Si l'application implique des dimensions non standard ou un problème d'étanchéité existant, la fourniture d'un plan ou d'un échantillon de joint avec les informations relatives à la pression, à la température, aux fluides et au tubage constitue le meilleur point de départ pour qu'un fabricant de joints développe une solution adaptée.