Vallourec qualifie avec succès les connexions VAM® 21 pour les applications géothermiques jusqu’à 350°C
Dans le cadre d’un nouveau protocole de tests, Vallourec a qualifié avec succès ses connexions VAM® 21 jusqu’à une température de 350°C, offrant ainsi des perspectives prometteuses aux opérateurs géothermiques. Fortes de leurs compétences en matière de Recherche & Développement (R&D), les équipes de Vallourec ont adapté les référentiels existants aux applications géothermiques, en s’appuyant d’une part sur les normes de l’industrie et d’autre part, sur l’expertise acquise dans le domaine du pétrole et du gaz. Pierre Mauger, Ingénieur R&D, et François Penven, Responsable Marketing & Développement pour les applications géothermiques, nous parlent du projet.
Lorsque, par exemple, vous doublez la température de 200° C à 400° C, vous multipliez par 10 l'énergie générée. Ainsi, l'industrie dispose d'un potentiel énorme pour concevoir et valider des solutions permettant de construire des systèmes capables d’atteindre de tels niveaux.
Les clients de Vallourec ciblent les zones à fort potentiel géothermique
Reconnue comme une énergie renouvelable à faible coût, le secteur de la géothermie a vu un grand nombre d’opérateurs affluer. Les puits géothermiques sont exploités à des températures plus élevées que celles généralement rencontrées dans l’industrie du pétrole et du gaz (O&G), et pouvant atteindre entre 200°C et 350°C. De plus, le nombre de puits géothermiques exploités à des températures élevées devrait augmenter dans les régions géothermiques populaires telles que l’Indonésie, les Philippines, l’Afrique de l’Est, l’Islande et la Californie. Par exemple, la température moyenne des réservoirs dans les pays d’Afrique de l’Est, tels que Djibouti et l’Éthiopie, est d’environ 350°C.
Le principal intérêt d’exploiter les puits à des températures plus élevées réside dans le fait que le même processus génère une plus grande quantité d’énergie.
Les opérateurs investissent massivement dans ces puits, certains y consacrant jusqu’à 30 millions de dollars. « Cela signifie que ces puits doivent durer longtemps, » explique François. « La durée de vie standard d’un puits est de 30 ans, et tous les équipements qui y sont installés doivent donc être conçus pour durer aussi longtemps. »
Surmonter les défis posés par les fortes températures
Les connexions sont essentielles pour garantir l’intégrité structurelle d’un puits, que ce soit dans le cadre d’opérations O&G ou géothermiques. Vissées sur les tubes utilisés pour construire les puits de géothermie, les connexions garantissent que tous les composants à l’intérieur du puits sont reliés, étanches et sécurisés. Les puits de pétrole et de gaz exigent généralement que les connexions soient qualifiées à 180° C. Dans les puits géothermiques, les tubes et les connexions étant exposés à des températures beaucoup plus élevées, ils sont davantage sujets à l’effet de la dilatation des matériaux et doivent donc être qualifiés en conséquence.
À titre d’exemple, un tube API-5CT Range 3, d’une longueur d’environ 12,5 mètres, qui est chauffé à 350° C, va gagner environ 60 mm de longueur. Cela signifie que pour un puits de 2 000 m de profondeur, si la colonne est libre de se déplacer, elle va gagner environ 9 mètres de longueur. Le puits étant cimenté, les extrémités ne pourront pas bouger, et donc la contrainte sera répartie sur l’ensemble de la colonne.
Pour tenir compte de ces conditions, les normes TWCCEP 1, dédiées aux puits à haute température, exigent que les connexions soient testées et qualifiées à 350°C. Cela permet non seulement d’élargir les possibilités des opérateurs géothermiques, mais également d’exploiter une plus grande quantité d’énergie avec le même procédé.
C’est donc pour cette raison que Vallourec a testé ses connexions VAM® 21 à 350°C. Bien que les connexions VAM® aient déjà, par le passé, été soumises à des températures supérieures à 180°C, le Groupe n’avait jamais dépassé les 240°C enregistrés dans les applications de puits de pétrole et de gaz à haute pression et à haute température. Pour assurer une qualification réussie, les équipes de Vallourec ont donc adapté les modèles existants et développé de nouveaux outils de tests.
Notre expertise en R&D est notre force. Les bancs de tests dont nous disposons ont été programmés pour tester les produits sous contrainte, et non sous déformation. Pour la géothermie, il est important de faire des tests sous déformation, car c’est ce qui se produit lorsque les tubes s’étendent à l’intérieur de la cimentation du puits. Ce phénomène est également connu sous le nom de dilatation et entraîne d’importantes charges de compression sur les connexions.
Tester les connexions géothermiques selon les normes relatives aux hautes températures
Pour réaliser ces tests, l’équipe R&D a dû mettre au point de nouveaux appareils de mesure en adaptant les équipements existants pour tenir compte de la déformation. Il a notamment fallu adapter les capacités de chauffage afin d'atteindre des températures élevées de manière homogène sur l’ensemble de l'échantillon. Cependant, pour prendre en compte ces nouvelles conditions, il a non seulement fallu modifier le banc, mais également chacun des composants tout au long du processus. Cela inclut le piège à fuites, la surveillance et les thermocouples, sans oublier les modifications liées à la formation des opérateurs et à la mise en œuvre du protocole.
« Les adaptations des tests ont également porté sur le développement de nouvelles qualifications "make & break " », explique Pierre. « Il s'agissait notamment d'utiliser un lubrifiant capable de résister à des températures plus élevées ». De plus, grâce à l'expertise de Vallourec en matière de connexions, l'équipe a pu identifier les tailles et les cycles de charge critiques, et ainsi, réduire le nombre d'échantillons devant être testés physiquement grâce à l'approche de l'analyse par éléments finis (FEA).
Ces développements ont permis à Vallourec d'acquérir des connaissances et une expertise précieuses en matière de qualification pour les applications géothermiques, qui le distinguent des autres acteurs du marché et lui confèrent un réel avantage concurrentiel.
A l'épreuve du temps, de la température et de la compression
« La connexion VAM® 21 est conçue pour résister à 100 % à la compression, à la différence des versions précédentes de connexions de tubes », explique François. « En d’autres termes, la connexion est aussi résistante que le tube. Par nature, la conception de la connexion est résistante à la fois à la compression et à la température. »
La qualification TWCCEP garantit que les connexions VAM® peuvent absorber des niveaux élevés de déformation et des charges de compression induites sans défaillance ni fuite. Et cela profite également au puits. En effet, le fait de tester les connexions à des températures élevées contribue à la fois à prolonger la durée de vie du puits et à en améliorer les performances.
Un autre avantage de VAM® 21 est sa longue histoire sur le marché, depuis 12 ans maintenant. Aujourd’hui, c’est « la connexion par excellence pour une installation facile et rentable, et, qui plus est, utilisée par les principaux opérateurs dans le monde entier », explique François. « VAM® 21 est également utilisée dans d’autres applications exigeantes, telles que les puits à haute pression et haute température (HPHT), ainsi que les puits en eaux profondes, démontrant ainsi sa fiabilité et sa robustesse. C’est un argument de vente important pour VAM® 21. »
Par ailleurs, Vallourec accompagne, depuis plus de trente ans, les projets géothermiques. Grâce à sa gamme de produits, à sa connaissance approfondie du domaine et à son nouveau protocole de tests, le Groupe est le mieux placé pour aider ses clients à poursuivre leurs ambitions géothermiques dans toutes les zones thermales du monde.
Aucun signe de refroidissement
Pour répondre aux futures demandes dans le monde entier, le Groupe étudie des températures encore plus élevées, pouvant aller jusqu’à 450° C.
Dans ce contexte, Vallourec s’engage à innover en travaillant avec ses clients, des organisations industrielles et des centres de recherche pour échanger des idées et mieux comprendre les défis à venir. Alors que le marché de la géothermie continue de se réchauffer, Vallourec confirme qu’il est bien préparé pour affronter les défis du futur.
1 – TWCCEP : Thermal Well Casing Connection Evaluation Protocol
