Élastomères dans le pétrole et le gaz

Introduction aux élastomères dans le pétrole et le gaz

L'industrie pétrolière et gazière opère dans certains des environnements les plus extrêmes de la Terre, des têtes de puits sous-marines profondes à des pressions dépassant 15 000 psi aux installations de surface dans le désert où les températures ambiantes dépassent régulièrement 50 degrés Celsius. Les joints en élastomère sont des composants critiques tout au long de la chaîne de valeur des hydrocarbures, de l'exploration et du forage à la production, au raffinage et à la distribution. La défaillance des joints dans les applications pétrolières et gazières peut entraîner des incidents de contrôle de puits, des libérations environnementales, des pertes de production et des dangers significatifs pour la sécurité du personnel.

La combinaison unique de hautes pressions, de températures extrêmes, de fluides agressifs (pétrole brut, gaz naturel, H2S, CO2, saumure, fluides de complétion) et de conditions de décompression explosive fait du pétrole et du gaz l'une des industries les plus difficiles pour la sélection des matériaux en élastomère. Les matériaux doivent non seulement résister à l'environnement chimique, mais aussi maintenir leurs propriétés mécaniques sous une exposition prolongée à haute pression et à des variations rapides de pression qui peuvent provoquer une défaillance catastrophique du joint par décompression explosive.

Matériaux en élastomère haute performance pour le pétrole et le gaz

HNBR (caoutchouc nitrile hydrogéné)

Le HNBR est l'élastomère de travail de l'industrie pétrolière et gazière, offrant une combinaison supérieure de résistance à l'huile, de performance à haute température et de résistance mécanique par rapport au NBR standard. L'hydrogénation du segment de butadiène dans la chaîne polymère améliore considérablement la résistance à la chaleur, la résistance à l'ozone et la résistance aux environnements H2S (gaz acide). Les avantages du HNBR pour le pétrole et le gaz incluent :

• Excellente résistance au pétrole brut, aux condensats de gaz naturel et aux fluides de forage
• Capacité de température de -30 degrés Celsius à 150 degrés Celsius (certaines qualités jusqu'à 165 degrés Celsius)
• Résistance exceptionnelle aux environnements de gaz acide H2S selon NACE MR0175/ISO 15156
• Résistance supérieure à la décompression explosive (ED) par rapport au NBR et au FKM
• Excellente résistance à l'abrasion pour les applications d'étanchéité dynamique
• Bonne résistance aux produits chimiques de désulfuration à base d'amines
• Haute résistance à la traction et résistance à la déchirure pour des performances de joint robustes

FKM (Fluoroélastomères)

Le FKM offre la plus haute capacité de température continue parmi les élastomères pétroliers et gaziers couramment utilisés, ce qui en fait le choix préféré pour les puits à haute température et les équipements de surface. Des qualités spéciales de FKM sont formulées spécifiquement pour les applications pétrolières et gazières avec une résistance améliorée à la décompression explosive et une compatibilité avec des environnements fluides spécifiques :

• Capacité de température continue jusqu'à 200 degrés Celsius (certaines qualités spéciales jusqu'à 230 degrés Celsius)
• Excellente résistance aux hydrocarbures, aux solvants aromatiques et aux fluides chlorés
• Bonne résistance aux environnements de gaz acide H2S et CO2
• Qualités de FKM à basse température disponibles pour les applications sous-marines (jusqu'à -40 degrés Celsius)
• Qualités durcies au peroxyde avec une résistance chimique améliorée et une réduction de l'enfoncement à la compression
• Composés résistants à la décompression explosive spécifiquement conçus pour un service de décompression rapide des gaz

FFKM (Perfluoroélastomères)

Le FFKM est spécifié pour les applications pétrolières et gazières les plus extrêmes où ni le HNBR ni le FKM ne peuvent survivre. Les puits ultra-profonds, les complétions haute température/haute pression (HTHP) et les environnements d'injection chimique agressifs nécessitent souvent la résistance chimique quasi universelle et la stabilité thermique du FFKM. Bien que significativement plus coûteux que le HNBR ou le FKM, le coût des joints FFKM est souvent justifié par le coût extrême du remplacement des joints en profondeur ou les conséquences d'un échec de contrôle de puits.

Applications d'étanchéité en profondeur

Les environnements en profondeur présentent les conditions les plus extrêmes pour les joints en élastomère dans l'industrie pétrolière et gazière. Les joints de packer, les connexions de tubage de production, les vannes de sécurité en profondeur et les joints d'outils de complétion doivent fonctionner de manière fiable à des profondeurs dépassant 20 000 pieds où les températures peuvent atteindre plus de 200 degrés Celsius et les pressions dépasser 15 000 psi. Ces joints sont souvent inaccessibles après installation, nécessitant des matériaux et des conceptions qui assurent un service fiable pendant des années sans maintenance ni remplacement.

La résistance à la décompression explosive (ED) est une propriété matérielle critique pour les joints en profondeur. Lorsque la pression du puits chute rapidement (lors des tests de puits, des opérations de complétion ou des cycles de pression), les gaz qui ont pénétré le joint en élastomère à haute pression peuvent se dilater plus rapidement qu'ils ne peuvent diffuser hors du matériau, provoquant des cloques internes, des fissures et une défaillance catastrophique du joint. Les composés HNBR et FKM résistants à la décompression explosive sont conçus pour résister à ce mode de défaillance grâce à une densité de réticulation polymère optimisée et à des systèmes de charges.

Équipement de surface et étanchéité

L'équipement de surface, y compris les ensembles de têtes de puits, les sapins de Noël, les manifolds de choke, les séparateurs et les connexions de pipeline, nécessite tous des joints en élastomère conçus pour le service pétrolier et gazier. Les préventeurs de blowout (BOP) utilisent de grands éléments de joint en élastomère qui doivent fournir une intégrité d'étanchéité absolue dans des conditions d'urgence de contrôle de puits. Les vérins BOP, les préventeurs annulaires et les vérins de tuyau incorporent des élastomères spécialement composés conçus pour l'étanchéité haute pression contre les tuyaux de forage, les tubages et les trous ouverts.

Les joints de pipeline, les garnitures de vanne et les joints de bride dans les systèmes de collecte, de traitement et de transmission de pétrole et de gaz doivent résister à la composition spécifique des fluides et aux conditions de fonctionnement de chaque installation. Les pipelines de gaz acide nécessitent des élastomères qualifiés selon les normes NACE MR0175, tandis que les équipements de traitement à haute température peuvent nécessiter des joints FKM ou FFKM.

Normes et qualification

L'industrie pétrolière et gazière a développé des normes complètes pour la qualification des matériaux en élastomère et les tests de joints :

• NORSOK M-710 : Qualification des matériaux d'étanchéité non métalliques pour une utilisation dans l'industrie pétrolière
• ISO 23936 : Matériaux non métalliques en contact avec des médias liés à la production de pétrole et de gaz
• NACE MR0175/ISO 15156 : Matériaux pour une utilisation dans des environnements contenant du H2S
• API 6A : Spécification pour les équipements de tête de puits et de sapin de Noël
• Total GS EP PVV 142 : Tests de décompression rapide des gaz pour les élastomères
• Shell MESC SPE 77/300 : Élastomères et plastiques dans les équipements de production de pétrole et de gaz

Tereefek Solutions : Spécialiste des élastomères pétroliers et gaziers

Tereefek Solutions fournit des joints et des composants en élastomère haute performance spécifiquement conçus pour les applications pétrolières et gazières. Notre gamme de produits comprend des joints HNBR, FKM et FFKM dans des tailles API standard et personnalisées, avec des matériaux qualifiés selon les spécifications NORSOK, ISO et des opérateurs majeurs. Nous comprenons la nature critique de l'étanchéité dans les opérations pétrolières et gazières et fournissons des produits avec une traçabilité complète des matériaux et une documentation de test. Notre équipe technique a une vaste expérience dans les applications d'élastomères pétroliers et gaziers et peut aider à la sélection des matériaux pour vos conditions de puits spécifiques, vos exigences de processus et vos normes réglementaires. Contactez Tereefek Solutions pour un soutien expert sur vos défis d'étanchéité dans le pétrole et le gaz.