Relu par Brian Benkendorf, directeur de la conception et du développement
Cette étude de cas décrit comment Hi-Tech Seals a spécifié un joint à ressort en PTFE pour un outil de télémétrie de fond de puits, résolvant les fuites à basse pression et réduisant la friction sur les composants métalliques en contact dans un environnement de puits difficile.
Profil du client
Le client est un leader du secteur de la télémétrie de fond de puits pétroliers, basé en Amérique du Nord. Son activité implique des outils de télémétrie de fond de puits déployés dans des environnements de puits exposés à des pressions élevées, des températures élevées, des fluides agressifs et des particules abrasives.
Application
Les outils de télémétrie de fond de puits transmettent les données de mesure des instruments situés près du fond du train de tiges aux équipements de surveillance en surface pendant le forage. Ces outils sont couramment utilisés dans les applications de mesure pendant le forage (MWD) pour fournir des données d'arpentage directionnel, notamment l'inclinaison et l'azimut du puits.
Le composant d'étanchéité nécessite une étanchéité à la fois statique et dynamique. Le joint isole le fluide propre interne de l'outil de l'environnement du puits, notamment le pétrole, les hydrocarbures, le H ₂S, le sable et les matériaux de perte de circulation (LCM), à des températures allant jusqu'à 175 °C et à des pressions élevées. L'outil fonctionne sur batterie pendant toute la durée d'une opération de forage.
Le défi
Le composant d'étanchéité final doit isoler l'environnement hostile du puits des fluides propres de l'outil tout en maintenant une friction suffisamment faible pour ne pas affecter la durée de vie de la batterie. La conception existante utilisait un élastomère copolyester thermoplastique (TPC-ET) tel que l'Hytrel®. Bien qu'il assurait une étanchéité efficace à des pressions plus élevées, il présentait des fuites à des pressions plus faibles, et sa friction élevée contribuait à l'usure des composants métalliques.
La solution de Hi-Tech Seals
Après avoir examiné plusieurs solutions d'étanchéité potentielles, notamment des conceptions posant des problèmes d'installation et de friction, notre équipe a déterminé qu'un joint à ressort en PTFE s’est avéré être la meilleure solution. Les joints à ressort sont des joints à lèvre qui intègrent un ressort métallique ou composite dans la conception du joint. Le ressort active la lèvre du joint contre le matériel en contact, créant un joint capable de compenser les mouvements dans une application dynamique.
Le joint à ressort utilisait un ressort hélicoïdal fournissant une charge de lèvre hautement contrôlée sur les surfaces d'étanchéité. Le ressort maintient la force d'étanchéité au niveau de la lèvre indépendamment de la pression du système, ce qui résout le problème de fuite à basse pression.
La conception finale du matériau utilisait du PTFE renforcé de carbone pour la chemise du joint. Le faible coefficient de friction du PTFE a permis de réduire le frottement contre les composants métalliques en contact, et ses excellentes propriétés de résistance chimique l’ont rendu parfaitement adapté à l’environnement difficile du puits de forage. Le renforcement au carbone améliore la résistance à l’usure et la stabilité mécanique sous charge du PTFE à des températures élevées.
Un anneau de soutien KasPex™ en PEEK est ajouté à la gorge, bloquant le chemin d'extrusion et résistant au fluage à froid du PTFE pour maintenir l'intégrité de l'étanchéité à haute pression.
Les résultats
Le joint à ressort a considérablement réduit la friction et éliminé les traces d'usure précédemment observées sur les composants métalliques de l'outil. Les propriétés à faible friction de l'enveloppe en PTFE n'ont pas imposé de charge de friction susceptible de contribuer à la réduction de la durée de vie de la batterie. Le joint a également maintenu la pression sur toute la plage de fonctionnement, résolvant les fuites à basse pression observées avec la conception thermoplastique précédente.