Un outillage plus performant répond aux défis liés au perçage de trou sur un marché de la fracturation en pleine croissance – Les outils améliorent le taux de pénétration dans le perçage de trou profond de grand diamètre des composants de fracturation
octobre 02, 2018
Chris & Paul Best
Allied Machine & Engineering
La fracturation hydraulique, qui existe depuis les années 1800, est encore aujourd'hui un sujet majeur dans le secteur de l'énergie aux États-Unis. La fracturation permet de récupérer le gaz et le pétrole de schiste en forant dans la terre puis en injectant dans la roche un mélange d'eau, de sable et de produits chimiques sous haute pression. Cette technique d'extraction crée des fissures dans les formations rocheuses dans lesquels le gaz et le pétrole peuvent s'écouler librement jusqu'à la tête du puits.
Le bloc fluidique d'extrémité est un composant utilisé dans la fracture ; il régule la solution lorsqu'elle est pompée agressivement dans le puits de forage. L'industrie du bloc fluidique d'extrémité a été marquée par des hauts et des bas qui reflètent l'état global du marché mondial du gaz et du pétrole. Après avoir connu un déclin ces dernières années, ce secteur fait maintenant son retour. Une hausse marquée de la demande de blocs fluidique d'extrémité a été observée, basée sur la stabilisation des prix du pétrole brut.
Les fabricants s'efforcent de fournir des composants pour la fracturation
Les blocs fluidiques d'extrémité sont fabriqués en blocs solides d'acier ou d'inox. Ils mesurent généralement 3 pieds (0,9 m) de haut, 4 pieds (1,21 m) de large et de 2 à 3 pieds (0,60 m à 0,90 m) d'épaisseur. Ce sont des consommables dont l'usure est très élevée et qui ne durent généralement pas plus que quelques jours. Des pompes plus modernes sont conçues de sorte que ces composants puissent être rapidement remplacés pour réduire les temps d'arrêt.
Les blocs fluidiques d'extrémité, aussi dénommés blocs de fracturation, nécessitent un énorme travail d'usinage – fraisage, perçage et filetage – pour produire leurs contours complexes, les nombreux canaux et la finition requise pour pomper la solution à des pressions extrêmes. En général, 3 à 5 trous sont percés dans le bloc, puis 3 à 5 trous transversaux supplémentaires sont percés pour l'intersection. Chaque trou mesure généralement entre 3 et 4 pouces (7,62 cm et 10,16 cm) de diamètre, certains peuvent mesurer jusqu'à 8 pouces (20,32 cm). Pour atteindre des objectifs de production agressifs, il est extrêmement important pour les fabricants que leurs outils de perçage de trous soient capables de percer rapidement ces trous de grand diamètre (jusqu'à 8 pouces (20,32 cm).
Les coupes interrompues et la variation des matériaux présentent des difficultés majeures en termes d'usinage pendant le processus de perçage du trou, générant des problèmes graves dans la formation de copeaux et la durée de vie de l'outil, et entraînant des pertes de profit.
Les coupes interrompues sont inhérentes à la fabrication du bloc fluidique d'extrémité puisque les trous transversaux sont percés perpendiculairement aux trous existants. En raison de la forme prise par les trous d'intersection, les arêtes extérieures du foret sont toujours engagées dans la coupe, alors que l'arête intérieure ne l'est plus. Cela peut déstabiliser le foret, casser l'outil et endommager l'intégrité du bloc de fracturation. Dans certains cas, les forets peuvent être utilisés pour réparer les blocs de fracturation en les réusinant, certains peuvent toutefois ralentir le temps de production.
Les variations du matériau peuvent aussi être un problème majeur. Puisque les blocs fluidiques d'extrémité sont des pièces consommables, les opérateurs visent à les acheter au meilleur prix possible. Pour conserver des coûts bas, les fabricants de blocs de fracturation ont tendance à utiliser un matériau qui n'a pas été traité à chaud, ce qui entraîne des variations significatives affectant la qualité du perçage de trou pendant l'usinage. Un bloc peut être usiné correctement avec un foret donné tandis qu'un autre sera tellement dur qu'il ne pourra être percé à des avances et des vitesses identiques, ou si tendre qu'une formation idéale de copeaux est impossible. Cette variation dans la formation de copeaux est peut-être le défi le plus significatif rencontré par les fabricants de blocs fluidiques d'extrémité.
Les fabricants mettent tout en œuvre pour réagir face aux tendances du marché
Puisque les fabricants d'équipement de fracturation anticipent une nouvelle hausse de la demande, ils testent actuellement des matériaux exotiques pour que les pièces consommables telles que les blocs fluidiques d'extrémité soient plus résistantes à l'usure. Puisque les blocs de fracturation sont traditionnellement usés au bout de quelques jours, les fabricants ont pour objectif de prolonger la durée de vie à au moins une semaine en modifiant la composition du matériau et en testant les aciers inoxydables et d'autres aciers plus résistants à l'usure.
Demande de nouveaux outils
Les outils nécessaires pour aléser les trous profonds de grand diamètre détectés dans les blocs de fracturation ont été changés en réaction à ces tendances du marché. Par exemple, Allied Machine & Engineering, qui fournit des outils pour l'usinage des blocs fluidiques d'extrémité depuis plus de 10 ans, a développé une nouvelle génération d'outils qui améliorent de 20 pour cent par rapport au produit de la concurrence le taux de pénétration du perçage dans une matière en acier inoxydable modifiée AISI 4340. L'amélioration des taux de pénétration s'est accompagnée d'une réduction de la consommation de puissance de la machine sur laquelle les blocs sont traités.
Les nouveaux outils sont près de 30 pour cent plus rapides que leurs prédécesseurs, ce qui génère des économies significatives pour les fabricants de ce secteur. Un client estime qu'un perçage plus rapide d'un pouce (2,54 cm) par minute permet une économie de temps de perçage de 17 minutes par bloc. Avec 5 ou 6 blocs fabriqués par jour sur chacune des 4 machines, l'économie de temps augmente rapidement, réduisant ainsi les coûts globaux. On estime ainsi qu'il est possible de réaliser des économies de temps d'environ 20 000 à 25 000 $, une meilleure qualité du trou et une diminution du temps d'indisponibilité en raison d'une meilleure formation de copeaux.
<br/> Les fabricants de ces composants exigent des solutions d'outillage plus performantes pour rester compétitifs. Les fabricants d'outillage industriel entendent relever le défi, en répondant par l'innovation et le design aux demandes croissantes de réduction des coûts et des durées de la part des fabricants dans leurs processus. Ces outils de nouvelle génération sont conçus pour gérer les variations de matière, les coupes interrompues et les limitations de machine, tout en augmentant les taux de pénétration.
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