American Petroleum Institute (API) 5CT Les aciers haute résistance sont largement utilisés pour les chaînes de boîtier dans les puits soumis à des charges de fracturation hydrauliques cycliques élevées. Alors que les grades non-ailes de l'acier API tels que les chaînes de boîtier P110 ont été utilisés de manière satisfaisante pour la construction de puits, les connexions standard de l'API P110 ont vu des taux de défaillances plus élevés que les défaillances du corps du tuyau dans les puits de schiste qui nécessitent une fracturation hydraulique. Les défaillances du corps et de la connexion du tuyau P110 ont également été vécues dans les cas où de mauvaises pratiques de fabrication ont été utilisées pour produire des boîtiers et des connexions en acier P110 utilisés dans les puits soumis à ces charges de fracturation hydrauliques élevées.
Propriétés des matériaux importants
Les propriétés matérielles suivantes sont importantes lors de la compréhension des limites des aciers à haute résistance de l'API 5CT: limite d'élasticité (YS), énergie d'impact sur le chary en V en V (CVN), la dureté et la trempe.
La spécification de l'API 5CT \/ ISO 1196 0 définit le YS en dessinant une ligne verticale à un allongement de 0. les ys. La méthode ASTM établit une ligne parallèle à la partie linéaire de la courbe de déformation de contrainte à partir de l'allongement de 0,2% et où elle coupe la courbe de contrainte de contrainte sur l'axe de contrainte est définie comme le YS de décalage à 0,2%. Les deux méthodes génèrent des résultats très similaires. Cette valeur obtenue à partir des tests de traction est utilisée pour déterminer si un matériau répond aux besoins en API spécifiés à la limite d'élasticité (SMYS), qui est essentiel pour les considérations de charge de charge et à déterminer les facteurs de sécurité de la conception.
L'énergie d'impact CVN ou la «ténacité» est l'énergie nécessaire pour initier et propager une fissure dans le matériau. La ténacité est une propriété précieuse car elle permet à un matériau d'arrêter une fissure plutôt que de permettre à la fissure de se développer jusqu'à la défaillance du tuyau. La ténacité a une forte corrélation avec la température et peut être très élevée aux températures du fond du fond; Cependant, certains matériaux en acier à haute résistance deviendront plus fragiles à des températures de surface plus fraîches.
Le test de dureté mesure la capacité d'un matériau à résister à la déformation à partir d'une force de compression connue appliquée à un inducteur. Plus la résistance de l'acier est élevée, moins la déformation se produira; Par conséquent, plus la valeur de dureté obtenue est élevée. Puisqu'il existe une corrélation entre la dureté et la résistance à la traction, le test de dureté peut être utilisé comme test d'assurance de qualité à petite échelle non destructive pour déterminer le niveau de résistance approximatif de l'acier. Une autre considération associée importante est que les matériaux avec une dureté et une limite d'élasticité plus élevés sont plus vulnérables à la fissuration de l'environnement.
La température est un processus thermique où l'acier est chauffé à une température prédéterminée pendant une certaine période après avoir été durci par trempe à partir d'une température relativement élevée. Comme éteint, l'acier au carbone est très dur et se comporte de manière fragile; Cependant, le processus de tempérament diminue la dureté \/ la limite d'élasticité Andrestore la ténacité de l'acier à un niveau plus acceptable, en fonction du temps et de la température utilisés pendant ce processus.
Spécifications API 5CT actuelles actuelles
La spécification de l'API 5CT nécessite que l'acier de qualité p110 ait une plage de limite d'élasticité entre 110 KSI et 140 KSI. En raison de la forte résistance de ce matériau, il aura intrinsèquement une dureté très élevée, la rendant vulnérable à la fissuration de l'environnement, d'autant plus qu'elle se rapproche de 140 ksi. De nombreux matériaux en acier à haute résistance ont une exigence de dureté maximale pour résoudre ce problème; Cependant, l'acier P110 n'a pas cette exigence.
En outre, tous les aciers tubulaires à haute résistance de grade de grade Sour de qualité aigre (OCTG) ont un besoin de température de température minimale pour garantir la réduction de la dureté et la résistance à la fissuration du stress sulfure (SSC) a augmenté avec la ténacité. Cependant, le P110 doit être éteint et tempéré, mais n'a pas de température de température minimale. Certaines exigences de spécification P110 de base sont présentées dans le tableau 1.
Les progrès des normes d'aujourd'hui dans les technologies de fabrication et de traitement de l'acier permettent à l'industrie sidérurgique de produire des aciers plus propres et plus durs; Cependant, cela ne se reflète pas dans l'édition actuelle de la spécification API 5CT. De plus, le matériau du corps du tuyau P110 n'a pas d'exigence de test de ténacité définie, sauf si l'utilisateur final. Même lorsque des tests de ténacité sont nécessaires, les exigences minimales de valeur d'impact CVN dans l'API 5CT (pour le corps du tuyau et le stock de couplage) sont trop faibles.
En raison de ces exigences de valeur de ténacité CVN faibles et \/ ou du manque d'exigences de test de ténacité, l'utilisateur final doit reconnaître s'il est nécessaire que le matériau de ténacité plus élevé que standard soit utilisé dans leurs conceptions de puits.
Échecs typiques dans les puits à terre
Alors que les tubulaires en acier P110 fonctionnent adéquatement dans de nombreux puits, il est plus sensible à la défaillance dans les puits nécessitant des charges de fracturation cyclique élevées. La plupart des échecs documentés se produisent aux connexions où les niveaux de contrainte cyclique de fracturation sont les plus élevés en raison des contraintes de maquillage superposées sur les pressions internes élevées appliquées. De plus, même la présence de très faibles concentrations de H2S n'est pas considérée comme aigre par NACE et \/ ou des fluides de fracturation peut générer suffisamment d'hydrogène pour adopter des aciers à haute résistance tels que P110 et le faire échouer lorsqu'il est soumis à ces charges de fractures élevées. Dans d'autres cas, des défaillances se sont également produites en raison de défauts de fabrication dans les soudures de soudage de résistance électrique (ERW) et \/ ou en raison de défauts de tuyaux sans couture tels que les coutures, les tours, les croûtes et \/ ou les fissures.
Atténuation de défaillance
Lors de l'évaluation d'une conception de puits à terre nécessitant des charges de fracturation cyclique élevées, trois paramètres importants doivent être pris en compte: (1) le niveau de contrainte, (2) l'environnement et (3) la sensibilité au matériau à la fissuration en raison de l'environnement et \/ ou des charges cycliques élevées.
Étant donné que les contraintes les plus élevées devraient toujours être aux connexions, les niveaux de contrainte peuvent être réduits en utilisant une connexion avec de faibles contraintes de maquillage. Selon l'économie du puits, une connexion API standard avec des contraintes de maquillage élevées peut être substituée par une connexion avec des contraintes de maquillage inférieures telles qu'une connexion à faible teneur en filetage ayant un joint métallique près de l'extrémité de la broche (c'est-à-dire le métal à la connexion propriétaire du joint métallique) et \/ ou tout autre type de connexion ayant des contraintes plus faibles lors de la maquillage (IE de connexions API modifiées).
Étant donné que les environnements non producteurs lors de la fracturation hydraulique sur certains de ces puits offshore peuvent être imprévisibles, certains opérateurs sont devenus une pratique standard pour spécifier le matériau de boîtier P110 avec certaines restrictions sur la limite d'élasticité maximale autorisée. Selon le fabricant, le matériau P110 restreint peut avoir des désignations différentes telles que le rendement restreint (RY) ou le doux aigre (MS), pour n'en nommer que quelques-uns. La limite d'élasticité maximale typique pour ce matériau RY P110 est de 125 KSI. La réduction de la limite d'élasticité maximale admissible diminue la sensibilité à la fissuration environnementale et, en même temps, augmente la ténacité du matériau car les temps de tempérament et les températures utilisés produisent un matériau plus doux et plus dur.
Un autre aspect important dans l'atténuation des échecs de boîtier dans les puits onshore est d'avoir un programme de QA \/ QC robuste et un processus d'achat de tuyaux. Les programmes QA \/ QC personnalisés peuvent ensuite être développés en fonction des besoins de l'opérateur.
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