Pocos materiales pueden soportar las altas presiones, las temperaturas extremas, los productos químicos agresivos y la manipulación brusca que sufren los equipos de la industria del petróleo y el gas. Drake Plastics se especializa en plásticos de ingeniería de ultra alto rendimiento que están a la altura de estos desafíos. Todos ellos tienen un historial probado en la reducción de los tiempos de inactividad, la prolongación de la vida útil y la mejora de la fiabilidad en las condiciones más exigentes de las operaciones de petróleo y gas.
La versátil cartera de materiales de Drake incluye una gama de Victrex® y KetaSpire® PEEK, PEEK XT de alta temperatura, Victrex HT PEK, Torlon PAI, Ryton® R-4 PPS, Ultem™ PEI y grados AvaSpire® PAEK. Convertimos estos materiales excepcionales en piezas extruidas mecanizables, piezas de precisión mecanizadas por CNC y piezas moldeadas por inyección y componentes utilizados en equipos de exploración, registro, perforación, reacondicionamiento y producción, así como en bombas, válvulas y componentes de compresores para operaciones de flujo medio.
Cada uno de estos termoplásticos de alto rendimiento ofrece combinaciones únicas de rigidez estructural a altas temperaturas, resistencia al impacto a bajas temperaturas extremas, propiedades de aislamiento eléctrico y térmico y resistencia al desgaste por fricción, a la corrosión y al ataque químico. Las diversas combinaciones de propiedades disponibles en esta cartera de materiales ofrecen a los ingenieros opciones sólidas para un rendimiento fiable adaptado al entorno operativo de cada aplicación.
Como termoplásticos procesables por fusión, los materiales de alto rendimiento de Drake pueden ser moldeados por inyección y extruidos en formas de stock mecanizables. Esta versatilidad de producción ofrece configuraciones de piezas moldeadas por inyección y mecanizadas por CNC prácticamente ilimitadas para aplicaciones de petróleo y gas.
Aplicaciones de petróleo y gas en los materiales de alto rendimiento de Drake
En más de dos décadas de trabajo con ingenieros en el diseño y la producción de componentes para equipos de exploración, registro, perforación, reacondicionamiento, producción y distribución, el equipo de desarrollo de aplicaciones de Drake ha recopilado una impresionante lista de éxitos como estos:
- Los conectores y aisladores ESP de elevación artificial fabricados en PEEK, PEEK reforzado con fibra de vidrio, PEEK XT de alta temperatura y PEK Victrex HT proporcionan el aislamiento eléctrico de alta tensión necesario en los exigentes entornos en los que deben funcionar las bombas eléctricas sumergibles. Drake ofrece conectores sin porosidad con clavijas e insertos de cobre de berilio sobremoldeados o prensados.
- Bolas de fracturación: Torlon PAI establece el alto nivel de rendimiento entre las opciones de materiales en las bolas de fractura y activación de Drake. Ofrecen una impresionante resistencia a la fluencia, a la compresión y a la tenacidad en comparación con otros materiales termoplásticos.
- Bolas de Fractura de Uso Extremo: Para obtener la máxima resistencia y fiabilidad, Drake ofrece las bolas de fractura de material compuesto Cannonball®. Están mecanizados a partir de un compuesto de ultra alta resistencia que soporta presiones de hasta 10 KSI en interferencias de asiento tan bajas como el 2%, permitiendo sistemas de 60 zonas. Las bolas de fractura Cannonball se mecanizan con tolerancias precisas de +/- 0,0015″ (0,038 mm) de forma constante, bola a bola y lote a lote.
- Bolas de activación y fracturación de servicio específico: Drake también ofrece otros termoplásticos de alto rendimiento como KetaSpire y Victrex PEEK, Ultem PEI o PGA disoluble como bolas mecanizadas para cumplir con las condiciones y requisitos específicos de funcionamiento del pozo.
- Las juntas y los anillos de apoyo mecanizados con PEEK reforzado con un 30% de fibra de vidrio y carbono tienen la resistencia necesaria para evitar que los elastómeros se extruyan bajo presión.
- Los aisladores y chasis de las herramientas de registro fabricados con KetaSpire KT820 GF30 PEEK reforzado con fibra de vidrio proporcionan la solidez, estabilidad dimensional y resistencia térmica, eléctrica y química necesarias en las herramientas de registro modernas.
- Loscuerpos de los conectores se basan en PEEK, Victrex HT PEK y PEEK de alta temperatura para aislar las clavijas conductoras y tener un rendimiento fiable en las aplicaciones eléctricas, incluidas las de los equipos submarinos.
- Las guías de varilla de bombeo y los blazers personalizados fabricados por Drake abordan problemas específicos del campo o del pozo como el ataque químico, la corta vida útil o el desgaste del revestimiento. El material se selecciona en función de las necesidades específicas del pozo o campo. Póngase en contacto con Drake para obtener más información.
- Las tapas de cemento HTHP fabricadas con Torlon 5030 PAI reforzado con un 30% de vidrio tienen la resistencia del aluminio pero son fácilmente perforables.
- Los poppets y los botones de elevación para aplicaciones de compresores alternativos obtienen una gran fuerza y resistencia al desgaste gracias al PEEK reforzado con carbono.
- Los anillos de linterna y los aislantes de fondo de pozo fabricados con Ryton R-4 reforzado con un 40% de vidrio tienen la resistencia química y a la temperatura y la fuerza necesaria para un rendimiento a largo plazo.
- Asientos de activación: Los asientos de bola Torlon 4203 permiten desplegar, activar y retraer dispositivos como las herramientas de ampliación de pozos en un único asiento de bola. El asiento cede lo suficiente como para permitir que una bola active la herramienta antes de pasar por el asiento sin que se agriete o deforme permanentemente el asiento, lo que lo deja listo para posteriores estimulaciones a presiones muy similares a las de las activaciones anteriores.
PEEK: Propiedades físicas sólidas, excepcional resistencia química y a la hidrólisis
Los versátiles polímeros de alto rendimiento de Drake proporcionan diferentes combinaciones de propiedades que se ajustan eficazmente a las condiciones de uso final y a los requisitos de rendimiento de una variedad de aplicaciones de equipos de la industria del petróleo y el gas.
Mientras que Torlon PAI ofrece una retención de resistencia superior a altas temperaturas en comparación con todos los demás termoplásticos procesables por fusión, el PEEK destaca con un sólido equilibrio de propiedades físicas generales y una resistencia química y a la hidrólisis que supera las capacidades de la mayoría de los polímeros. Victrex plc, bajo la marca Victrex® PEEK, y Solvay, bajo la marca KetaSpire®, han desarrollado varias formulaciones de PEEK con diferentes perfiles de propiedades. Nombre comercial PEEK. Drake dispone de grados sin relleno, de alta resistencia y resistentes al desgaste, en la más amplia selección de formas de material extruido que cumplen con la normativa Mil-P (hasta 10″ de varilla actualmente), así como de piezas moldeadas por inyección y mecanizadas con precisión.
Las aplicaciones típicas de PEEK en equipos de petróleo y gas son similares a las de Torlon PAI e incluyen juntas, asientos de válvulas, chasis para aparatos eléctricos en operaciones de registro. Entre la variedad de grados de PEEK se encuentran formulaciones con mayor resistencia y propiedades de rodamiento y desgaste, junto con la resistencia inherente del termoplástico de alto rendimiento a los productos químicos y la hidrólisis. La creciente lista de aplicaciones en entornos operativos severos confirma la fiabilidad y el reconocimiento que el PEEK, en todas sus versátiles formas, se ha ganado en la industria del petróleo y el gas.
Conformidad con PEEK: NORSOK M-710 e ISO 23936
Las normas NORSOK M-710 E ISO 23936 se han desarrollado para la industria mundial del petróleo y el gas con el fin de garantizar que los materiales no metálicos utilizados como anillos rígidos de apoyo para las juntas elastoméricas puedan mantener sus propiedades físicas y su función de estanquidad de forma fiable durante toda la vida útil prevista de estos componentes críticos.
Solvay y Victrex PLC suministran las resinas de PEEK utilizadas en las formas de stock de Drake PEEK a partir de las cuales se mecanizan los anillos de respaldo de las juntas. Los grados de PEEK de Victrex®, incluido el PEEK 450G, y las formulaciones de PEEK KetaSpire® de Solvay, incluido el KetaSpire KT-820 NT y el KetaSpire KT-820 CF30 reforzado con un 30% de fibra de carbono, cuentan con la certificación NORSOK M-710 e ISO 23936 para su uso en fondo de pozo en servicios de gas ácido y vapor.
Datos de cumplimiento de PEEK NORSOK M-710/ISO 23936:
Mantenimiento de la resistencia hasta 300°F (150°C)
Con una temperatura de transición del vidrio (Tg) de aproximadamente 302°F (150°C), la retención de la resistencia del PEEK en condiciones térmicas extremas satisface los requisitos de rendimiento de muchas aplicaciones de equipos de fondo de pozo. Además, su temperatura de fusión de 340°C (644°F) indica que el PEEK puede rendir por encima de su Tg en función de variables de aplicación como el grado de carga física.
Los grados de PEEK reforzados con fibra de vidrio y de carbono añaden una mayor resistencia estructural a los activos del termoplástico de ultra alto rendimiento para los componentes de equipos de petróleo y gas. Drake ofrece formas estándar y piezas mecanizadas de precisión y moldeadas por inyección en varias de estas opciones de mayor resistencia. Entre ellos figuran Victrex 450 CA30 y KetaSpire KT 820 CF30 de Solvay, con un 30% de fibra de carbono, y KetaSpire KT 820 GF30, con un 30% de fibra de vidrio.
Resistencia a los productos químicos y a la hidrólisis para una fiabilidad a largo plazo
La resistencia superior a la degradación de los productos químicos agresivos ocupa un lugar destacado en la lista de ventajas del PEEK para los componentes asociados a los equipos de tala, perforación, producción y transferencia.
El PEEK también destaca por su resistencia a la exposición prolongada a entornos húmedos, incluidos el agua caliente y el vapor, una consideración clave para muchas aplicaciones de petróleo y gas.
En las aplicaciones de perforación en alta mar, la exposición constante al agua salada añade un factor perjudicial a un entorno de perforación ya corrosivo. Los equipos de tala y perforación también pueden extenderse a grandes distancias y bajo el agua, lo que hace que las reparaciones y sustituciones sean un gran problema. La resistencia del PEEK a la hidrólisis y al ataque químico lo convirtieron en un material fuerte de elección para componentes altamente fiables para equipos utilizados en este difícil entorno.
Excepcional resistencia al desgaste en aplicaciones dinámicas de carga y fricción
Como polímero semicristalino, el PEEK resiste intrínsecamente el desgaste abrasivo. Esto ha llevado a numerosas especificaciones para el polímero de ultra alto rendimiento en cojinetes, casquillos, arandelas de empuje y componentes de deslizamiento.
Ampliando las prestaciones del grado estándar, una formulación de PEEK con PTFE, grafito y fibras de carbono ofrece una mayor resistencia al desgaste para los componentes de equipos de petróleo y gas que deben soportar mayores niveles de fricción y carga. Designado Victrex 450 FC30 «10-10-10» PEEK, Drake produce formas en stock y piezas mecanizadas de precisión y moldeadas por inyección de este termoplástico de grado de rodamiento y desgaste para aplicaciones que experimentan una carga dinámica más severa.
El PEEK XT de alta temperatura amplía la gama de aplicaciones
El PEEK XT de alta temperatura, una adición reciente a la cartera de productos de Drake, añade propiedades térmicas, mecánicas y eléctricas mejoradas a la resistencia química y a la hidrólisis inherente al PEEK estándar. Este nuevo desarrollo de resina de Solvay amplía la gama de aplicaciones del PEEK a componentes con un entorno de alta temperatura más severo que el que pueden soportar los grados estándar.
Solvay ofrece una familia de grados de su PEEK de alta temperatura sin relleno y reforzados con fibra, procesables por fusión, bajo su marca KetaSpire® PEEK XT. Presenta una temperatura de transición del vidrio de 338° F (170° C), que es 36°F (20°C) más alta que el PEEK estándar. Los grados de PEEK de alta temperatura reforzados con fibra de vidrio y carbono añaden un mayor nivel de resistencia estructural que puede beneficiar a los conectores y otras aplicaciones de petróleo y gas en comparación con el grado de PEEK de alta temperatura no reforzado.
Drake ofrece piezas moldeadas por inyección y puede proporcionar varillas extruidas, placas y componentes mecanizados de precisión fabricados con KetaSpire® PEEK XT-920 NT sin relleno, así como con los grados reforzados con fibra.
Torlon® PAI: Resistencia inigualable para componentes de equipos de petróleo y gas
Torlon PAI (poliamida-imida) es el termoplástico procesable por fusión de mayor rendimiento en cuanto a la retención de alta resistencia a temperaturas extremas. Se sitúa muy por encima de los límites superiores de otros plásticos de ingeniería de alto rendimiento en cuanto a su resistencia a la compresión y a la flexión y a su capacidad para mantenerse rígido y dimensionalmente estable a las temperaturas extremas -y variables- que se dan en las operaciones de petróleo y gas. También resiste los productos químicos de los entornos de fondo de pozo, con la notable excepción de las aminas, y su resistencia al desgaste ofrece una larga vida útil en las aplicaciones que soportan cargas. El Torlon es algo higroscópico, por lo que no se suele utilizar para juntas en aplicaciones de petróleo y gas.
Máxima resistencia a temperaturas extremas para la integridad estructural
A la marca de 400°F (204°C), Torlon® PAI mantiene una resistencia muy superior a la que presentan otros termoplásticos de ingeniería procesables por fusión a temperatura ambiente. De hecho, este polímero de ultra alto rendimiento no empieza a ablandarse hasta que alcanza los 276°C (530°F), que es su temperatura de transición al vidrio (Tg). Incluso después de una exposición continua a altas temperaturas, sigue conservando la resistencia necesaria para servir a muchas aplicaciones de forma fiable.
Torlon PAI también tiene una notable resistencia al impacto a temperaturas criogénicas, lo que se suma a sus beneficios para aplicaciones expuestas a un uso riguroso en operaciones de exploración, perforación, registro y reparación.
Las fórmulas de Torlon PAI reforzadas con fibra de vidrio y de carbono aumentan la alta resistencia inherente del grado PAI sin relleno y son ideales para aplicaciones que ven una carga física más severa. Las operaciones de terminación de pozos, por ejemplo, aprovechan el 30% de Torlon 5030 PAI reforzado con vidrio para obtener aletas de cemento rígidas y resistentes para la perforación.
Drake también ha desarrollado el Torlon PAI Seamless Tube® en una amplia gama de combinaciones de diámetro exterior e interior. Sin líneas de soldadura o de punto, esta forma única sin costuras y mecanizable tiene una resistencia al aro extremadamente alta bajo presión en las paredes interiores o exteriores. La configuración tubular también elimina el tiempo y el coste de extraer el núcleo de la varilla para producir piezas tubulares y circulares.
Resistencia a la corrosión para válvulas, bombas y otras aplicaciones de fondo de pozo
La resistencia al ataque y la degradación por hidrocarburos aromáticos, alifáticos, fluorados y clorados es un requisito fundamental de los componentes en muchas aplicaciones de equipos de petróleo y gas, y otra área en la que Torlon PAI se desempeña. Resiste la mayoría de los ácidos a temperaturas moderadas, y sólo le afectan los productos químicos extremadamente alcalinos.
Estabilidad dimensional y propiedades aislantes de los componentes de equipos eléctricos
En las herramientas de registro, la alta resistencia, las propiedades eléctricas y la estabilidad de la PAI de Torlon resultan ventajosas en aisladores eléctricos, chasis y otros componentes en los que son fundamentales unas dimensiones predecibles a grandes oscilaciones de temperatura y la fiabilidad a largo plazo. Sus propiedades de aislamiento térmico y eléctrico y su estabilidad dimensional a temperaturas extremas también han sido validadas por el largo historial de Torlon PAI en equipos de fase de producción, como bombas eléctricas sumergibles (ESP) y conectores.
Rodamientos y grados de desgaste de Torlon PAI para una larga vida útil en aplicaciones de carga dinámica
Cinco grados diferentes de Torlon PAI para rodamientos y para mejorar el desgaste aumentan la alta resistencia al desgaste inherente de la PAI y prolongan la vida de los componentes de los equipos de petróleo y gas expuestos a condiciones de fricción severas. El Torlón 4301, de grado de rodamiento para uso general, sirve para una multitud de aplicaciones, incluyendo los sellos de bola en las herramientas de ampliación de pozos utilizadas en las operaciones de reparación. El Torlon 4275 se desarrolló para aplicaciones de fricción de alta velocidad. El Torlon 4435 PAI de alto módulo proporciona más rigidez cuando se necesita para los álabes deslizantes y los anillos de sellado del pistón.
Ryton® R-4 PPS: Un caballo de batalla sin disolventes conocidos bajo 392ºF (200ºC)
El (polisulfuro de fenileno) Ryton® R-4 PPS de alta resistencia con un 40% de refuerzo de fibra de vidrio cumple numerosas especificaciones de equipos de petróleo y gas para un termoplástico extremadamente rígido que puede mantener su resistencia estructural a temperaturas superiores a 204°C (400°F). Este material versátil tampoco tiene disolventes conocidos por debajo de 200°C (392°F).
Las propiedades dieléctricas inherentes del Ryton PPS también se encuentran entre las mejores en el campo de los polímeros de ultra alto rendimiento, un factor que explica la selección del material para los conectores y aislantes utilizados en los equipos de perforación y registro de petróleo y gas.
Las formas de stock de Ryton R-4 PPS de Drake y las piezas mecanizadas con precisión y moldeadas por inyección proporcionan guías de varillas de fondo de pozo y componentes de bombas centrífugas y de elevación estructuralmente fuertes y dimensionalmente estables expuestos a productos químicos calientes y agresivos. Sus propiedades de aislamiento eléctrico y térmico también hacen que el Ryton R-4 PPS sea una elección frecuente para conectores y aislantes eléctricos.
Para atender las solicitudes de los clientes de este versátil material en piezas mecanizadas, el equipo de I+D de Drake desarrolló la tecnología para extruir Ryton R-4 PPS con una alta calidad constante en una gama completa de tamaños de varillas y placas. Las certificaciones de resina acompañan a cada envío de formas y piezas de PPS Ryton R-4 de Drake que ahora sirven para numerosos requisitos de producción y prototipos.
PEK, PEKK y PEKEKK: opciones de policetona de alta temperatura
Drake plastics también ofrece formas de stock extruidas a medida, así como piezas moldeadas por inyección fabricadas con polímeros de polieteretercetona resistentes a las altas temperaturas denominados PEK, PEKK y PEKEKK. Cada uno de ellos presenta propiedades térmicas comparables a las del PEEK XT de alta temperatura. Sin embargo, la proporción de 2:1 entre el éter (E) y la cetona (K) en KetaSpire XT, un verdadero polímero PEEK, le proporciona una ventaja en cuanto a la resistencia química.
Un área de aplicación común para estos polímeros más resistentes a la temperatura es como aislantes en los conectores de fondo de pozo, como los que se utilizan con los PES o las bombas eléctricas sumergibles que operan en entornos de fondo de pozo de alta temperatura y presión. Su resistencia y rigidez a altas temperaturas evita la distorsión por la presión hidrostática en componentes de sellado de mamparas de paredes finas.
Ultem™ PEI: alto rendimiento en aplicaciones estructurales y eléctricas
El PEI (polieterimida) Ultem combina impresionantes propiedades eléctricas, fuerza y flexibilidad con resistencia a los ácidos e hidrocarburos y una estabilidad hidrolítica superior. Sus propiedades térmicas incluyen una temperatura de transición vítrea (Tg) de 419°F / 215°C.
Como termoplástico amorfo, se especifica para aplicaciones estructurales y eléctricas más que para componentes de cojinetes y de desgaste, para los que Drake ofrece una gama de polímeros cristalinos y semicristalinos de alto rendimiento.
Además de ofrecer varillas y placas en varios grados de Ultem PEI s a medida, Drake Plastics extruye Ultem 2300 Seamless Tube® a partir de un grado de PEI reforzado con vidrio de alta resistencia del 30%. Disponible en el inventario en numerosas combinaciones de diámetro exterior e interior, la exclusiva configuración sin costuras ofrece una resistencia y estabilidad superiores en la dirección del aro bajo una elevada presión interna o externa.
Ultem 2300 PEI Seamless Tube® también elimina el exceso de tiempo de mecanizado y la pérdida de material asociada a la extracción del centro de la varilla para componentes de equipos de la industria del petróleo y el gas como aisladores, casquillos y arandelas de empuje con una configuración circular.
PAEK: una opción de policetona de alta resistencia para aplicaciones de fondo de pozo
La PAEK (poliarteretona) ofrece una alternativa al PEEK, con una resistencia y estabilidad similares, y un mayor nivel de ductilidad y resistencia a la tracción, pero una banda más estrecha de resistencia química. El material es suministrado por Solvay bajo la marca AvaSpire® PAEK. Cuando las condiciones de aplicación se ajustan a su perfil de propiedades, puede tener un sólido rendimiento en muchas aplicaciones de la industria del petróleo y el gas.
