Tubes pour puits de pétrole et de gaz: modes de...

Tubes pour puits de pétrole et de gaz:modes de dégradation et essais de corrosion

Florian THEBAULT

Colloque SF2MColloque SF2MDunkerque18/11/2010

Plan

Vallourec & VRA (Vallourec Research Aulnoye) Vallourec & VRA (Vallourec Research Aulnoye)

Puits de pétrole et de gaz Architecture du puits Milieux agressifs / Sélection matériaux

Aciers pour usage « Sour Service » Problématiques de corrosion liées au sulfure d’hydrogène (H2S)

A t tif Aspects normatifs Essais de résistance à la corrosion en milieu H2S

Colloque SF2M / 18.11.2010 - Dunkerque

VALLOURECVallourec: aciériste & tubiste

Présence internationalePositionnement:offre de produits Premium


offre de produits Premium

VRAVallourec Research Aulnoye

MétallurgieMétallurgie physique et métallographieExpertise métallurgiquePropriétés mécaniques

E

Propriétés mécaniquesTraitements thermiques (essais et simulations)Statique / Fatigue Conception et réalisation d’équipements d’essais spécifiquesUsinage

Essais&

Mesures

Exper

ExpertiseUsinageCalibrations et mesures thermiquesMesuresModélisation des procédés

- Elaboration de l’acier, laminage, formage, forgeage…Modélisation des produits finis

Simulation Numérique

rtise mat

e essais,p- Etanchéité des connections filetées, résistance à la fatigue...

q

Analyse chimique (acier, eaux…) Corrosion (caractérisation, mécanismes, développement de nouveaux grades)

Corrosion&

Traitements de

tériaux e

, contrôl

Optimisation des fours de traitements thermiquesProcédés thermiques

Revêtements & Traitements de surfaceTraitements de surface

et procéd

e et sim

thermiques

Développement de nouvelles méthodes d’essaisInstallation et application aux usinesSimulation

CND&

dés

ulation


SimulationAssistance techniqueStatistiques

Puits de pétrole et de gaz

TubingHydrocarbures(gaz, huile)CO2H S

g(tube de production) contact direct avec les effluents doit résister à laH2S

pHCl-

Pdts organiques

doit résister à la corrosion pour des conditions sévères

g qParticules solidesTempérature

Casing(cuvelage)Rôle barrière consolide le puits doit résister à la fragilisation à des températures modérées

Charge mécanique + environnement corrosif

températures modérées


Charge mécanique + environnement corrosif sélection matériaux

Sélection matériauxVue simplifiée

Non

Sour

Aciers carbones

(API / grades propriétaires) PH2S < 0.003 bar

(influence du pH)

Autre paramètre :

- Design du puits

- pHTubes pour

SourAciers carbones destinés

au Sour ServicePH2S > 0.003 bar Autres paramètres :

- PH2S

pH

Tubes pour Cuvelage

(API / VM SS grades) - pH

PCO2 < 0.14 bar

Corrosif

Aciers inoxydables martensitiques(VM 13 Cr, VM 13 CrSS)

Duplex / superduplex

PCO2 < 100 bar(+ limité [H S])

Autres paramètres :

- PH2S

- T

Cl-Duplex / superduplex Aciers inoxydables(VM 22, VM 25, VM 25S)

(+ limité [H2S]) - Cl

- PCO2

Tube de production

Très

corrosif

Alliages

-Duplex / superduplex

- Aciers inoxydables superausténitiques (VM 28)

PCO2 > 100 barOU

NaCl > 250 g.L-1

OUT° > 200°C

Autres paramètres :

- PH2S

production


corrosif superausténitiques (VM 28)

- Alliages base Ni(VM 825, VM G3, VM 50, C 276)

T° > 200°C OU

PH2S élevée

- T

- S

- Cl-

Aciers Sour Service

Sollicitationé i

Utilisation

σmécanique

H

H HFeSH

RuptureSSCMatériaux Environment H H

HH

H

H2

H2

H2S

H2S

H+

H+

HHH

H

H

HH

Fissuration SSC

Metallurgie ChargementHydrogène

HH

H

H

H2

H2

H2S H+H

HH

Dureté / limite élastique pH pH acide Corrosion de l’acierq

Composition chimique

Traitement thermique

p

PH2S

Acier Sour Service :

Présence de H2S Chargement accru en H


acier résistant à la fragilisation hydrogène en milieu H2S (Sulfide Stress Cracking ou SSC)

Sour ServiceAspects normatifs

NACE MR0175 / ISO 15156 Guide de sélection de matériaux pour utilisation en environnement p

H2S Définition de domaine d’iso-sévérité pH-PH2S

NACE TM0177 Solution A :

50 g/L NaCl - 5 g/L CH3COOH

pH

pH = 2,7 - PH2S = 1 bar

NACE TM0177 – EFC 16 Définition d’essais de corrosion pour le contrôle de la résistance du


Définition d essais de corrosion pour le contrôle de la résistance du matériau en milieu H2S

Essais de résistance à la SSCNACE TM0177 Méthode A

Essai de traction uniaxiale

Eprouvette de traction prélevée dans le tube Eprouvette de traction prélevée dans le tube

Eprouvette de traction

Sollicitation mécanique: traction uniaxiale au moyen d’un anneau de contrainte

Durée de l’essai : 720 h (30 j)

Critère de résistance : pas de rupture Critère de résistance : pas de ruptureOK Non OK


Essais de résistance à la SSCNACE Méthode A : notion de contrainte seuil

Contrainte seuil pour la SSC (σth) :

valeur de contrainte maximale admissible par le matériau

Ordre de grandeur : σth > 85 % de la limite élastiqueg th % q

ContrainteContrainte seuil σth


Essais de résistance à la SSC EFC 16 Méthode B / NACE TM0177 Méthode C

Essai de flexion 4 points

EFC 16 Méthode B

Essai C-ring

NACE Méthode CEFC 16 – Méthode B NACE Méthode C

Zone sous contrainte de tractionde traction

σ

Zone sous contrainte de traction


Durée de l’essai : 720 h (30 j) - Critère de résistance : pas de fissuration

Essais de résistance à la SSC NACE TM0177 Méthode D

Essai de corrosion inspiré de la mécanique de la rupture

Détermination du facteur d’intensité de contrainte critique pour la propagation d’une fissure SSC KISSC

Durée de l’essai : 14 j

σ


Essais de résistance à la SSC NACE Méthode D

Calcul de KISSC

Longueur de fissurea P

KISSC K’ISSC > KISSC Points expérimentaux

δ

Points expérimentaux

δ’ > δ

aδ = bras de déplacement


P

Conclusion

Eléments tubulaires pour puits de pétrole et de gaz Eléments tubulaires pour puits de pétrole et de gaz Sévérité environnementale (conditions de puits) Sollicitation mécanique (statique)( )

Choix matériaux sur la base de différents paramètres(pH, PH2S, PCO2, salinité, T…)

Aciers Sour Service aciers carbones utilisés pour des milieux avec PH2S > 0.003 bar Plusieurs essais de corrosion normés existent pour déterminer la

résistance au Sulfide Stress Cracking (SSC)résistance au Sulfide Stress Cracking (SSC) Orientation R&D: développement d’aciers avec des limites

élastiques de plus en plus élevées et résistants à la fissuration SSC


Merci de votre attention


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