Tubes pour puits de pétrole et de gaz: modes de dégradation et essais de corrosion. Florian THEBAULT. Dunkerque 18/11/2010

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1 Tubes pour puits de pétrole et de gaz: modes de dégradation et essais de corrosion Florian TEBAULT Colloque SF2M Colloque SF2M Dunkerque 18/11/2010

2 Plan 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 ( 2 S) Aspects normatifs Essais de résistance à la corrosion en milieu 2 S

3 VALLOUREC Vallourec: aciériste & tubiste Positionnement: offre de produits Premium Présence internationale

4 VRA Vallourec Research Aulnoye Métallurgie Essais & Mesures Simulation Numérique Corrosion & Traitements de surface Procédés thermiques CND & Statistiques Métallurgie physique et métallographie Expertise métallurgique Propriétés mécaniques Traitements thermiques (essais et simulations) Statique / Fatigue Conception et réalisation d équipements d essais spécifiques Usinage Calibrations et mesures thermiques Modélisation des procédés - Elaboration de l acier, laminage, formage, forgeage Modélisation des produits finis - Etanchéité des connections filetées, résistance à la fatigue... Analyse chimique (acier, eaux ) Corrosion (caractérisation, mécanismes, développement de nouveaux grades) Revêtements & Traitements de surface Optimisation des fours de traitements thermiques Développement de nouvelles méthodes d essais Installation et application aux usines Simulation Assistance technique Expertise e essais, contrôl e et sim ulation Exper rtise mat tériaux et procéd dés

5 Puits de pétrole et de gaz ydrocarbures (gaz, huile) CO 2 2 S p Cl - Pdts organiques Particules solides Température Tubing (tube de production) contact direct avec les effluents doit résister à la corrosion pour des conditions sévères Casing (cuvelage) Rôle barrière consolide le puits doit résister à la fragilisation à des températures modérées Charge mécanique + environnement corrosif sélection matériaux

6 Sélection matériaux Vue simplifiée Tubes pour Cuvelage P 2 S < bar (influence du p) P 2 S > bar Non Sour Sour Aciers carbones (API / grades propriétaires) Aciers carbones destinés au Sour Service (API / VM SS grades) Autre paramètre : - Design du puits -p Autres paramètres : -P 2 S - p PCO 2 < 0.14 bar Tube de production Autres paramètres : Aciers inoxydables -P martensitiques 2 S PCO 2 < 100 bar (VM 13 Cr, VM 13 CrSS) -T Corrosif (+ limité [ Duplex / superduplex - 2 S]) - Cl Aciers inoxydables -PCO 2 PCO 2 > 100 bar OU NaCl > 250 g.l -1 OU T > 200 C OU P 2 S élevée (VM 22, VM 25, VM 25S) Alliages -Duplex / superduplex Très - Aciers inoxydables corrosif superausténitiques (VM 28) - Alliages base Ni (VM 825, VM G3, VM 50, C 276) Autres paramètres : -P 2 S -T -S -Cl -

7 Utilisation Sollicitation mécanique Aciers Sour Service σ FeS 2 + Rupture 2 Matériaux SSC Environment 2S + Metallurgie Chargement ydrogène 2S 2S Fissuration SSC Dureté / limite élastique Composition chimique p P 2 S p acide Corrosion de l acier Présence de 2 S Chargement accru en Traitement thermique Acier Sour Service : acier résistant à la fragilisation hydrogène en milieu 2 S (Sulfide Stress Cracking ou SSC)

8 NACE MR0175 / ISO Sour Service Aspects normatifs Guide de sélection de matériaux pour utilisation en environnement 2 S Définition de domaine d iso-sévérité p-p 2S p NACE TM0177 Solution A : 50 g/l NaCl - 5 g/l C 3 COO p = 2,7 - P 2S = 1 bar NACE TM0177 EFC 16 Définition d essais de corrosion pour le contrôle de la résistance du matériau en milieu 2 S

9 Essai de traction uniaxiale Essais de résistance à la SSC NACE TM0177 Méthode A 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 OK Non OK

10 Essais de résistance à la SSC NACE Méthode A : notion de contrainte seuil Contrainte seuil pour la SSC (σ th ) : valeur de contrainte maximale admissible par le matériau Ordre de grandeur : σ th > 85 % de la limite élastique Contrainte seuil σ th

11 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 C Zone sous contrainte de traction σ Zone sous contrainte de traction Durée de l essai : 720 h (30 j) - Critère de résistance : pas de fissuration

12 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 K ISSC Durée de l essai : 14 j σ

13 Essais de résistance à la SSC NACE Méthode D Calcul de K ISSC Longueur de fissure a P K ISSC K ISSC > K ISSC Points expérimentaux δ a δ > δ δ = bras de déplacement P

14 Conclusion 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 (p, P 2S, P CO2, salinité, T ) Aciers Sour Service aciers carbones utilisés pour des milieux avec P 2S > bar Plusieurs essais de corrosion normés existent pour déterminer la 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

15 Merci de votre attention

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