Si vous construisez une meilleure canne à ventouse, les acheteurs seront-ils prêts à changer ?

Oct 28, 2023

Lorsque la pompe tombe en panne et que l'huile cesse de couler, cela est probablement dû à une tige de ventouse défaillante.

"Les statistiques sont assez solides. Alors que l'on pourrait penser que la pompe à tige ou la pompe à vis excentrée est le composant qui pose le plus de problèmes, c'est le train de tiges" qui est le plus souvent à blâmer, a déclaré Lonnie Dunn, vice-président de la technologie chez Lifting Solutions.

C'est un fait critique pour Dunn qui travaille pour le plus grand fabricant de ce qu'on appelle des tiges de pompage continues. Plutôt que de connecter des tiges individuelles en une chaîne suffisamment longue pour aller de la surface à la pompe, une seule longue tige est insérée dans le puits comme un tube enroulé.

Alors qu'il parlait des tiges de ventouse enroulées lors de la conférence et de l'exposition de levage artificiel SPE, un concurrent de la conférence, ChampionX, annonçait une première : un revêtement anodique protecteur pour ses tiges de ventouse continues qui empêche la corrosion et réduit la traînée lorsqu'une tige frotte contre le tube environnant (SPE 209751).

Contrairement aux concurrents qui se sont appuyés sur des revêtements qui fournissent une barrière physique, la défense de ChampionX repose sur un revêtement métallique en poudre qui court-circuite les réactions électrochimiques qui peuvent provoquer une corrosion rapide.

Il s'agit d'une technologie émergente dont les composants clés ont fait leurs preuves depuis longtemps. La tige continue a été brevetée il y a près de 50 ans, et les méthodes utilisant des méthodes de protection contre la corrosion anodique existent depuis encore plus longtemps avec des utilisations allant de la protection des colonnes montantes sous-marines aux clous galvanisés.

Pourtant, les deux idées sont nouvelles dans ce secteur des services en évolution lente, où il y a eu peu de changement dans les dimensions des tiges, et les éléments de conception clés sont généralement basés sur les spécifications API.

Ces entreprises font partie d'une poignée d'innovateurs qui s'efforcent de convaincre les opérateurs qu'une tige continue est un meilleur choix à une époque où les puits présentent plus de défis, des puits de forage qui se courbent par conception ou par accident aux réservoirs produisant des fluides de plus en plus corrosifs.

Cela a été un changement lent car "les tiges de pompage existent depuis longtemps et les pratiques de produit et d'entretien sont bien établies alors que la tige continue, en particulier du côté de l'entretien, représente un changement important", a déclaré Dunn.

Bien qu'il y ait des avantages, allant de temps de fonctionnement plus rapides à des pannes réduites, en ce qui concerne ce produit pétrolier établi de longue date, il soupçonne que certains clients supposent que "tout ce qui peut être fait est fait".

Les tiges continues éliminent le temps nécessaire pour effectuer les centaines de connexions nécessaires pour constituer une chaîne de tiges. Le risque d'échecs de connexion est réduit en remplaçant plusieurs tiges par une longue tige nécessitant des connexions uniquement au niveau de l'unité de pompage en surface et de la pompe en fond de puits.

Pour soutenir la promesse de tiges plus durables, les entreprises de ce secteur ajoutent des revêtements résistants à la corrosion. "Le consensus général est que les puits vont devenir de plus en plus corrosifs et que l'industrie s'attaquera au pétrole et au gaz dans des conditions plus difficiles", a déclaré Alex Perri, directeur de la gamme de produits pour ChampionX.

ChampionX essaie de dépasser les concurrents qui vendent des tiges continues avec des revêtements barrières protecteurs.

Lifting Solutions recouvre la surface d'une couche barrière de polyéthylène haute densité, tandis que Weatherford utilise son propre revêtement non métallique exclusif, a déclaré Dunn.

Le revêtement des tiges est un défi technique délicat à plusieurs niveaux.

Tout ce qui est appliqué à la surface d'une tige doit supporter une manipulation brutale depuis le moment où il est passé à travers les pinces pendant l'installation jusqu'au frottement constant de la tige contre le tube, ce qui est de plus en plus susceptible de se produire dans les puits de forage incurvés.

Lorsque Perri a expliqué la pensée derrière le développement du revêtement de ChampionX, cela équivalait à une critique de la concurrence dont les revêtements sont conçus pour servir de barrières pour protéger les tiges d'acier du fluide corrosif trouvé dans de nombreux puits.

Lorsque ChampionX a interrogé les clients utilisant ces tiges avec des revêtements barrières, il a déclaré qu'ils avaient répondu qu'ils fonctionnaient bien au départ, mais qu'ils s'estompaient avec le temps, réduisant la protection au fil du temps.

Dunn a répondu qu'ils avaient utilisé plus de 3 000 trains de barres continues revêtues dans des applications de puits directionnels corrosifs, prolongeant les durées d'exécution de quelques mois avec une tige nue à plusieurs années ou plus avec leur tige revêtue.

Basé sur le papier de ChampionX, son revêtement peut réduire le frottement de 25 % au contact du métal et peut continuer à protéger les zones où il a été frotté.

Les méthodes de ChampionX s'appuient sur des explications scientifiques qui existent depuis longtemps sur la façon dont les réactions chimiques peuvent créer un courant électrique et conduire à la corrosion et sur les progrès récents des sciences des matériaux qui ont été utilisés pour créer un revêtement résistant qui adhère étroitement à la tige.

Les méthodes de protection anodique limitent la corrosion en ajoutant un revêtement constitué d'un métal sacrifié pour protéger les tiges d'acier de la corrosion.

Sans protection, l'environnement acide dans un puits - le fluide d'essai de ChampionX contenait du sulfure d'hydrogène (H2S) et du dioxyde de carbone (CO2) - interagira directement avec la tige d'acier. Les électrons de l'acier traversent le fluide du puits, provoquant une corrosion rapide de l'acier.

Cela fonctionne essentiellement comme une batterie. "Le fer est à la fois l'anode et la cathode, et le fluide contenant du H2S et du CO2 agit comme électrolyte. Les interactions compliquées entre ces composants entraînent une réaction d'oxydation due à la perte d'électrons à la surface de l'acier, entraînant des piqûres et des dommages plus importants s'ils ne sont pas traités", a déclaré Angela Sultanian, ingénieure en matériaux chez ChampionX.

Le revêtement court-circuite ce processus en ajoutant un métal dont la charge, par rapport au fer, en fait l'anode lorsque ses électrons circulent vers l'acier, perturbant cette réaction destructrice. Cette protection continue même si une partie du revêtement anodique a été effacée ou rayée car elle ne dépend pas de la création d'une barrière physique.

Pourtant, ChampionX s'est efforcé de minimiser ces écarts en développant une méthode pour lier fortement le revêtement anodique à la surface flexible du tube enroulé à l'aide d'une méthode d'application continue qui a réduit le coût d'application du revêtement sur des milliers de pieds de tige.

Cette protection ne dure pas éternellement. Elle est limitée par le volume de métal dans la couche de protection anodique. L'ingénierie du revêtement des tiges nécessite un équilibre entre la nécessité de maximiser la durée de vie des tiges, qui est finalement limitée par la fatigue du métal, et le prix que les acheteurs sont prêts à payer pour un produit pétrolier.

Bien que des revêtements de protection ultra-performants aient été développés par la National Aeronautics and Space Administration (NASA) des États-Unis, ils coûtent plus cher que quiconque est prêt à payer pour protéger une tige de ventouse, a déclaré Dunn.

ChampionX a testé son revêtement en insérant une tige de 800 mètres de long dans un puits où le fluide était corrosif (2,3 % H2S et 15,7 % CO2). Les 820 pieds supérieurs de la tige d'acier (AISI 4120M) n'ont pas été revêtus tandis que les 1 800 pieds inférieurs ont été traités avec son revêtement anodique.

Après 22 semaines, ils ont tiré la tige de pompage et ont observé des dommages de corrosion sur la section non traitée, avec des piqûres et jusqu'à 5 % de réduction du diamètre par endroits. Le papier n'a signalé "aucune usure significative" dans la partie inférieure enduite.

À 38 semaines, la section non revêtue de la corde s'est cassée à quelques pieds sous le niveau du sol où il y avait "des dommages de corrosion considérables", ont écrit les auteurs de l'article.

Ils ont remplacé la section non revêtue et l'ont déplacée vers la partie inférieure de la tige sous la section revêtue. Depuis lors, la combinaison a fonctionné pendant 158 ​​semaines sans incident, ce qui, selon Sultanian, est une "augmentation spectaculaire du temps d'exécution".

Le test correspond au modèle de durées de fonctionnement plus longues signalées pour les tiges continues avec protection contre la corrosion. Mais les comparaisons sont délicates car le temps de fonctionnement des tiges de pompage varie considérablement en fonction de la chimie du puits, des spécifications de la tige, de la qualité du puits de forage et de la qualité de l'entretien du système de pompage, entre autres facteurs.

Les fabricants de tiges continues investissent dans des revêtements en supposant qu'une plus grande protection sera nécessaire à l'avenir, a déclaré Perri.

La concurrence la plus rude à laquelle sont confrontées les entreprises vendant des tiges continues est celle des tiges de pompage traditionnelles.

La tige enroulée est largement utilisée au Canada, où elle est née, et s'est propagée à Oman, en Colombie et dans quelques autres petits pays producteurs de pétrole. Aux États-Unis, la demande de continu est relativement forte en Californie, et il y a des utilisateurs dans le Dakota du Nord, le Texas, le Nouveau-Mexique et le Colorado, y compris certains tests ou clients potentiels, a déclaré Dunn.

Les raisons de la lenteur de l'adoption aux États-Unis vont du manque d'équipement et d'équipes pour faire fonctionner la tige continue - qui s'améliore - à la tâche fastidieuse de convaincre les utilisateurs de tiges de ventouse qu'il existe une meilleure tige de ventouse.

Le changement nécessite de tenir compte des compromis, a déclaré Dunn.

D'une part, la suppression des connexions supprime les collerettes cylindriques qui ressortent de la tige. Ces connecteurs de 4 pouces de long créent un point de contact tous les 25 pieds qui peut s'user à travers le tube lorsqu'il tourne ou oscille. Dunn a déclaré que des guides sont souvent ajoutés aux tiges de ventouse articulées pour répartir le contact plus uniformément, mais cela introduit des restrictions de débit, des turbulences dans le tube et augmente le coût.

La tige continue peut également entrer en contact avec le tube, mais sa surface uniforme signifie que la force est plus largement répartie qu'avec un collier. Cependant, la tige continue est désavantagée dans les puits qui produisent de la cire en raison de l'absence de connexions ou de guides qui servent à empêcher l'accumulation de cire dans le tube, a-t-il déclaré.

Ce n'est pas comme si les problèmes associés aux centaines de connexions nécessaires pour un puits permien moyen étaient inconnus. Un article d'Occidental Petroleum présenté lors de la conférence sur les ascenseurs offrait une analyse détaillée du taux élevé d'échecs dans une opération utilisant des tiges de pompage en fibre de verre.

Sur la base de l'analyse et des commentaires des personnes sur le terrain, les connecteurs étaient le maillon faible causant un pourcentage élevé de ruptures de tiges. Occidental a répondu en apportant des modifications, y compris un programme pour s'assurer que les connexions étaient correctement effectuées (SPE 209731).

Dunn a reconnu que l'attention portée aux détails pourrait réduire considérablement le taux d'échec, mais le passage à une tige continue éliminerait complètement la source du problème.

Vendre des tiges de pompage continues dans le Permien nécessitera d'adapter le produit à la taille énorme des unités de pompage et à la profondeur des puits prolifiques. Pour ce faire, a déclaré Dunn, "il faudra s'adapter aux puits profonds et fortement chargés et à la tortuosité associée à leurs profils de puits de forage, qui représentent une difficulté accrue par rapport à la base d'application actuelle des tiges continues".

Prouver la valeur des tiges de pompage continues nécessite de convaincre les clients potentiels qu'elles durent vraiment beaucoup plus longtemps, "ce qui signifie que le processus de test prend du temps", a déclaré Dunn.

Pour plus de lecture

SPE 209751 La tige enroulée anodique atténue les dommages causés par la corrosion dans les puits soumis à des conditions agressives de CO2, H2S par Alexander Claudio Perri et Angela Sultanian, ChampionX.

SPE 209731 Rentabilité des tiges de pompage en fibre de verre : une étude de cas du bassin permien par Melanie Brewer et Chaohui Su, Occidental ; Steve Gault, Occidental (retraité)