VAM® 21 : Garantir les plus hautes performances grâce à des tests approfondis
Depuis son arrivée sur le marché, la connexion VAM® 21 s'est rapidement imposée comme la référence de l'industrie, dans le monde entier et pour un large éventail d'applications. En plus d'afficher de solides performances, l'ensemble de la gamme de produits VAM® 21 a été largement validée selon les protocoles de test les plus stricts, notamment API RP 5C5:2017 CAL-IV et au-delà, répondant ainsi aux exigences strictes des clients pour toutes les applications.
Les protocoles Vallourec de qualification approfondis et dont la fiabilité a fait ses preuves sont depuis longtemps reconnus et appréciés par les clients du monde entier. Les validations techniques étant désormais exigées par tous les opérateurs, VAM® 21 a une longueur d’avance en offrant à ses clients des résultats de tests et des qualifications complets, quelle que soit l’application, y compris les plus critiques telles que HP/HT1, les applications nécessitant des performances de tubes High Collapse2 ou des connexions High Torque3.
Naviguer dans des eaux HP/HT
Les puits haute pression/haute température (HP/HT) sont installés dans l’un des environnements les plus exigeants, nécessitant des connexions robustes pour des architectures de puits complexes qui doivent supporter des pressions allant jusqu'à 20 000 psi et des températures de 180°C et plus. Dans ce contexte, la connexion VAM® 21 a été testée à des températures élevées allant jusqu'à 240°C, répondant ainsi aux exigences des environnements les plus difficiles tels que ceux de la mer du Nord, exploités par des clients soumis à des réglementations nationales parmi les plus strictes au monde.
Ces tests ont été réalisés conformément au protocole de test API RP 5C5:2017 CAL-IV et ont également été adaptés à des exigences spécifiques des clients, comme la température du fond du puits et les tests « à rupture » correspondant aux contraintes les plus sévères auxquelles sont soumis le tubes installés dans le puit.
Ainsi, TotalEnergies au Royaume Uni, qui exploite des puits HP/HT en mer du Nord (Champs West Franklin et Elgin Franklin) dont la température au fond du puits peut atteindre 215°C (419°F), a choisi VAM® 21 pour ses opérations. Pour cette application critique, notre client et les autorités locales ont exigé la conformité à l’emploi de chaque équipement installé dans le puits. Ceci est particulièrement important pour les tubes de cuvelage (dits « Casing ») et de conduite de production (dits « Tubing ») qui sont des éléments clés pour garantir l’intégrité du puits puisqu’ils font partie des enveloppes barrière primaire et secondaire du puits.
Pour cette application, Vallourec a réalisé des tests spécifiques de qualification sur des connexions 5½ » 26.80# VM 25 125 VAM® 21 (CRA) et 10″ 73.90# VM 140CY VAM® 21. La séquence de tests appliquée a été convenue avec les équipes de forage et de complétion du client afin de garantir une couverture complète des chargements les plus sévères appliqués aux tubes du puits (pression interne/externe ainsi que charges de tension et de compression) et des températures les plus extrêmes (supérieures à 180°C, au-delà des exigences de l’API RP 5C5:2017 CAL-IV).
De plus, des tests supplémentaires impliquant une pression externe avec du gaz à température élevée ont été menés par TotalEnergies sur des échantillons fournis par Vallourec.
Les tests approfondis effectués sur la connexion VAM® 21 ont fourni à TotalEnergies la fiabilité et l’intégrité dont ils avaient besoin pour exploiter leurs puits HPHT. Depuis que les tests ont été menés avec succès, des produits VAM® 21 ont été utilisés dans plus de dix puits HPHT par TotalEnergies.
Pour plus d’informations sur un projet similaire, consultez le papier technique présenté lors de la conférence Offshore Technology Conference 2018.
Résister à une pression extérieure élevée
La résistance à la pression extérieure élevée (High Collapse/HC), terme donné à une pression externe supérieure aux normes, est typique des puits critiques en raison de leur profondeur, des charges exercées par la formation géologique ou de la température. Pour répondre à ces enjeux, Vallourec propose une série de grades propriétaires High Collapse et High Strength (Haute limite Elastique) capables de résister à ces pressions externes élevées ; quant à la connexion VAM® 21, elle est également testée à ces niveaux de pression supérieurs.
Un programme complet de tests poussés a été mis en place pour valider les performances de VAM® 21 sur des tubes High Collapse, principalement sur des diamètres extérieurs de 7'' à 13''5/8. Pour répondre aux critères, la pression externe appliquée sur les connexions a été augmentée de 10 à 40 % de la valeur de pression maximale requise pour un tube API 5CT standard (en fonction de la taille) afin de correspondre aux performances du corps du tube HC. Cela veut dire que VAM® 21 est aussi résistant que les tubes HC pour les charges de pression externe, permettant ainsi de baser la conception du puits sur les performances réelles du corps du tube HC.
En outre, des tests physiques ont été réalisés sur des tailles critiques de la gamme de produits VAM® 21, qui ont ensuite été combinés à une extrapolation FEA (Finite Elemental Analysis4) des tailles standard (jusqu'à la valeur d'effondrement élevé du tube) afin de couvrir toute la gamme de produits. Ainsi, grâce à ces tests approfondis, Vallourec dispose aujourd’hui d'une base de données de tests complète prouvant les performances en pression extérieure sur des tubes HC de l'ensemble de la gamme de produits VAM® 21.
C’est pour ces raisons que la connexion VAM® 21 est devenue la norme pour les principaux clients des puits pré-salifères brésiliens, qui reconnaissent ses hautes performances, notamment lorsqu'elle est associée à des tubes ayant une résistance à la pression extérieure élevée (HC).
Dans un cas précis, l’un de nos clients devait atteindre des réservoirs situés sous une couche de sel de 2 000 mètres d’épaisseur. La roche pré-salifère brésilienne se comporte comme un matériau thermo-viscoélastique qui a tendance à se dérober lorsqu’il est soumis à des charges. La viscosité de la roche saline est responsable de la fermeture du puits après un certain temps, ce qui crée des difficultés pour la construction du puits, notamment pour le cuvelage. Pour contrer cette difficulté technique, il était donc essentiel d’utiliser des tubes présentant une résistance accrue à l’effondrement ainsi que de développer des connexions premium à paroi épaisse pour résister aux charges d’effondrement exercées par l’épaisse couche de sel, tout en gardant l’intégrité de la structure et de l’étanchéité.
En plus de ces défis, le client devait également optimiser la production du puits, ce qui nécessitait des tailles de tubes de conduite et de cuvelage spécifiques dotés de diamètres extérieurs de manchons optimisés, permettant d’optimiser le jeu résiduel nécessaire entre les casings descendus dans le puits.
Dans le cadre de ce projet, Vallourec a développé et validé les tailles spécifiques de tubes de cuvelage et de liner suivantes afin de répondre à la fois aux exigences particulières de jeux et d'étanchéité des connexions au niveau de la performance « High Collapse » des tubes :
• Cuvelage intermédiaire en 13 5/8” 88.20# VM 110 HCSS VAM® 21 NB-SC80
• Cuvelage intermédiaire en 14” 114.00# VM 110 HCSS VAM® 21
• Cuvelage de production en 10 ¾” 85.30# VM 110 HCSS VAM® 21 HW NA SC70
• Cuvelage de production en 10 ¾” 65.70# VM 110HCSS VAM® 21
• Cuvelage de production en 10 ¾” 73.20# VM 110 HCSS VAM® 21
• Cuvelage de production en 9 7/8” 66.90# VM 125 HCSS VAM® 21
• Liner en 7” 32.00# VM 125 HC
Pour plus d'informations sur ce projet, accédez au papier technique publié pour la conférence Rio Oil & Gas 2018.
Garantir une étanchéité maximale sous un couple élevé
Lors de l’installation d’un « liner » (chemise) dans un puits, la colonne de tubes doit parfois être mise en rotation, ce qui nécessite l’utilisation de connexions à couple élevé (High Torque) pour éviter des fuites et garantir l’intégrité du puits. De multiples tests ont été réalisés pour valider l’étanchéité de VAM® 21 lorsqu’un couple élevé est appliqué sur la colonne, conformément aux normes API RP 5C5:2017 / ISO 13679:2019 CAL-IV. Ces tests ont été réalisés sur des connexions vissées à la valeur de couple égale au MTS (Maximum Torque with Sealability5) et leur résistance à la flexion a été validée jusqu’à 42°/100 ft.
En outre, VAM® 21 HT (High Torque) a été conçu et validé à la valeur MTS afin d’offrir encore plus de couple pour les applications les plus exigeantes telles que la rotation des chemises ou le forage avec cuvelage (pour les puits fortement déviés dits ERD, puits multilatéraux et sections horizontales). De plus, VAM® 21 HT est complètement compatible avec le design standard VAM® 21.
VAM® 21 HT a récemment été fourni à un client au Moyen Orient qui exploite des puits ERD (Extended Reach Drilling6) allant jusqu’à 8 500 mètres de profondeur réelle (TD) avec jusqu’à 6 500 mètres de sections horizontales. Pour cette application, le liner (6 500 mètres de long) devait être tourné pendant l’installation et la cimentation, et était donc soumis à des charges de couple élevées. L’équipe de forage du client a conclu qu’un couple de 14 500 ft.lb était nécessaire. VAM® 21 HT 7″ 23.00# L80 a été sélectionné pour cette application car son couple maximal avec étanchéité (MTS) de 14 950 ft.lb répondait aux exigences opérationnelles.
Répondre aux exigences des applications bas carbone
VAM® 21 va désormais au-delà des applications standard et répond aux exigences requises pour les puits géothermiques et le stockage souterrain de l’hydrogène. La connexion offre aux puits géothermiques les plus critiques une capacité de compression totale et est qualifiée jusqu’à 350°C en cycles thermiques selon la norme de test TWCCEP. En outre, VAM® 21 a été testé avec succès avec 100% d’hydrogène et une charge cyclique, offrant ainsi aux clients un protocole de qualification adapté aux puits de stockage d’hydrogène en attendant une norme industrielle dédiée.
Pour en savoir plus sur la qualification de VAM® 21 à l’hydrogène.
Une gamme complète testée et éprouvée
Couvrant une large gamme de dimensions et de grades, VAM® 21 est la connexion la plus polyvalente et la plus facile à utiliser, tout en étant adaptée à un large éventail de configurations – des puits standard aux opérations les plus complexes. S’appuyant sur de multiples résultats de tests selon des protocoles stricts, ainsi que sur des tests physiques réalisés sur des tailles critiques en fonction de l’application, VAM® 21 est l’une des connexions les plus qualifiées et les plus fiables du marché actuel. Elle permet à ses clients de bénéficier d’une offre technique complète avec la preuve de sa sécurité et de ses performances sur l’ensemble de sa gamme de produits.
Points clés à considérer pour tester une connexion Premium
Le principal objectif pour l’opérateur lorsque l’on teste une connexion Premium est de démontrer que la connexion sera adaptée aux chargements appliqués sur les tubes pendant la durée entière de la vie du puits.
Dans le cas des applications les plus critiques, l’opérateur doit donc s’assurer que la connexion utilisée a passé avec succès les tests de validation les plus sévères (API RP 5C5 : 2017 CALIV) et la cohérence de l’enveloppe de performance de la connexion avec les chargements attendus dans le puits.
Les points clés :
- Le pourcentage de chargement appliqué à l’enveloppe de Von Mises de la connexion (exemple 95% Pression Intérieure / Pression Extérieure et compression en Série A à température ambiante).
- L’enveloppe de performance revendiquée doit être testée en totalité sur chaque échantillon testé et à chaque chargement extrême revendiqué.
- Dans le cas de tubes à haute résistance à la pression extérieure (« high collapse » /HC), le calcul des chargements en collapse dans les cadrans Q3 et Q4 doivent être basés sur la performance du tube HC et non sur le niveau de performance de l’API 5C3 d’un tube « classique ».
1 Hautes pressions / hautes températures
2 Effondrement
3 Haut couple
4 Analyse par éléments finis
5 Couple maximal avec étanchéité
6 Forage à portée étendue
