Repousser les limites du protocole de test VAM® pour l’injection de CO2
Les industriels s'intéressent plus que jamais au captage et au stockage du carbone (CCS) pour réduire les émissions de CO2, maintenir le réchauffement climatique en dessous de 2°C et accélérer la transition énergétique. Vallourec a rejoint cette dynamique en 2021 en développant un protocole de test validant ses connexions VAM® pour l'injection de CO2. Aujourd'hui, avec des commandes de plus en plus nombreuses, Vallourec a décidé de repousser les limites de son protocole de test, qui garantit l'intégrité de ses produits destinés aux applications d'injection de CO2 les plus critiques.
Lorsque les recherches sur l'injection de dioxyde de carbone ont débuté, certains opérateurs ont supposé que les conditions de puits seraient similaires à celles rencontrées dans les applications OCTG (Oil Country Tubular Goods). Après des recherches et des tests plus poussés, nous savons maintenant que les cycles de vie des puits CCS sont beaucoup plus critiques que ceux des puits OCTG, nécessitant ainsi des tests spécifiques et plus rigoureux pour valider les produits OCTG destinés à l’injection et au stockage de CO2.
Augmenter la pression et le taux d'injection
Lorsqu’un opérateur a contacté Vallourec avec des valeurs de charge spécifiques pour des puits d’injection de CO2 et lui a demandé de valider les connexions VAM® pour un plus grand nombre de cycles, Vallourec a relevé le défi. Mais pour pouvoir valider ses connexions à des performances aussi critiques, Vallourec a dû étendre son protocole de test développé en 2021.
« La phase 1 consiste en une évaluation opérationnelle traditionnelle que l’on retrouve dans les protocoles de tests pour les activités pétrole et gaz », explique Pierre Mauger, ingénieur R&D chez Vallourec. « La phase 2a est celle où les choses commencent à devenir plus critiques. Nous testons la connexion en 500 cycles à des températures entre 40°C et -20°C et à une tension constante de 100% CEE1. Et à 473 bar de pression externe couplée à la traction, nous sollicitons la connexion jusqu’à sa limite de plastification. »
Vient ensuite la phase 2b où la température est maintenue stable à -30°C à 50% de traction CEE et la pression interne est cyclée 500 fois entre 255 +/- 25 bar. Ces deux phases de cyclage simulent des phases réelles d’injection de CO2, en plusieurs injections et sur plusieurs années d’utilisation du puits. La phase 3 permet ensuite d’évaluer la résistance de la connexion dans le cadre d’un scénario d’éruption en abaissant la température à -80°C en moins de 5 minutes.
Quant à la phase 4, encore plus critique, elle consiste à maintenir un delta de température de 80°C entre les parties mâle (pin) et femelle (box) à 100% de pression pour évaluer l'étanchéité de la connexion après une dépressurisation rapide induisant l'effet Joule-Thomson. « C'est un test très complexe à réaliser », explique Pierre Martin, responsable R&D de Vallourec. « Pour maintenir le pin à une température très froide alors qu'il est vissé à une box maintenue intentionnellement à une température très élevée, nous avons dû concevoir de nouvelles mesures et de nouveaux outils de test capables de gérer cette différence de température. »
Enfin, la dernière phase de test, qui est identique à la première, permet de confirmer de manière opérationnelle l'étanchéité de la connexion après le retour à l'état normal du puits.
Ce nouveau protocole de test comprend 20 % de traction et de compression de plus par rapport à notre protocole de 2021, et atteint donc 80 % de limite d’élasticité de la connexion et 90 % de pression d’élasticité maximale interne et externe, tout en évaluant plusieurs cycles d’injection supplémentaires (de 75 à 500). La première connexion à être validée selon un protocole d’injection de CO2 aussi rigoureux est le 3 ½ » VAM® 21 CLEANWELL®, sachant que d’autres connexions et dimensions suivront un peu plus tard dans l’année.
« Une fois que nous aurons testé physiquement plusieurs dimensions de connexions, nous serons en mesure de finaliser notre protocole FEA (Finite Element Assessment) qui permettra d’évaluer rapidement par simulation des tailles supplémentaires, grâce à la comparaison de leurs indicateurs-clés de performance avec ceux des tailles validées physiquement », explique Pierre Martin. « Cela signifie que lorsqu’un client nous demandera d’évaluer un diamètre extérieur spécifique pour une utilisation CCS, le processus sera beaucoup plus rapide que les 6 à 7 semaines de tests physiques actuels. »
Prêt pour tous les scénarios
Avec des commandes de plus en plus nombreuses, la nouvelle version du protocole CCS de Vallourec fournit aux clients des résultats concrets et l’assurance dont ils ont besoin pour exploiter en toute confiance leurs puits d’injection de CO2. De plus, la validation de la solution sans graisse CLEANWELL® offre aux clients une alternative aux revêtements standards, améliorant ainsi les performances d’installation et réduisant le risque environnemental dans le cadre d’une offre bas carbone complète. Des tests sur des diamètres extérieurs et des grades supplémentaires auront lieu prochainement, offrant ainsi aux opérateurs un portefeuille de solutions validées pour une large gamme d’applications d’injection de CO2.
Nous constatons actuellement une forte accélération du marché, qui se concrétise avec plusieurs dizaines de projets CCS à un stade avancé d'ingénierie. Nous avions anticipé cette dynamique, en collaborant avec nos clients et en intégrant dans nos protocoles de tests physiques, un certain nombre de conditions extrêmes. Aujourd'hui, nous sommes prêts à fournir à tous les opérateurs CCS des connexions testées selon les protocoles destinés aux projets CCS les plus exigeants actuellement disponibles dans l'industrie.
