Défauts de qualité et prévention des canalisations de puits de pétrole

Les défauts de qualité des tuyaux de puits de pétrole proviennent principalement de trois aspects :
Premièrement : défauts de qualité du corps du tuyau de puits de pétrole lui-même, tels que les propriétés mécaniques, le passage interne, le poids, etc. du corps du tuyau qui ne répondent pas aux exigences ;
Deuxièmement : défauts de qualité des tubes de puits de pétrole lors du traitement, tels que des paramètres de filetage (conicité, pas, hauteur des dents, forme Ken, concentricité et distance de rapprochement des filetages aux deux extrémités des raccords) dépassant la norme, des déformations de la peau noire, des déformations cassées, des écarts de filetage, un couple de serrage des vis dépassant la norme, des fuites, des dommages au filetage (rayures, bosses), une qualité de soudure des tubes de forage ne répondant pas aux exigences, etc. ;
Troisièmement : les performances des conduites de puits de pétrole, notamment en matière de résistance à l'écrasement, à la corrosion, à la perforation et au collage, ne répondent pas aux exigences.

1. Défauts de qualité et prévention du traitement des filetages des tubes de puits de pétrole
Lors du traitement des filetages des tubes de puits de pétrole, les filetages peuvent présenter des défauts de qualité tels que des boucles noires, des déviations de filetage, des boucles cassées, des rayures (bosses) sur le filetage et des paramètres de filetage dépassant la norme.

(1) Boucles noires sur le filetage : Les boucles noires sur le filetage se manifestent par un aspect irrégulier dû à un usinage local insuffisant. Elles sont liées à la précision du diamètre extérieur et de l’épaisseur de paroi, à l’ovalisation et à la rectitude de l’extrémité du tube en acier. Les boucles noires sur le corps du tube sont souvent causées par un diamètre extérieur trop petit, une extrémité insuffisamment rectiligne ou une ovalisation excessive. Les boucles noires sur le raccord sont généralement dues à un diamètre extérieur dépassant la tolérance positive, à une épaisseur de paroi dépassant la tolérance négative ou à une ovalisation excessive.

(2) Déviation du filetage : La déviation du filetage correspond à une épaisseur de paroi inégale d'un tube en acier, une face étant plus fine que l'autre après le filetage. La cause de cette déviation est similaire à celle du bouchage du filetage : une épaisseur de paroi inégale, une courbure ou une ovalisation excessive de l'extrémité du tube. Parfois, en cas de déviation du filetage ou de contrôle d'usinage inadéquat, l'épaisseur de paroi au fond du filetage peut dépasser la tolérance négative, ce qui affecte gravement la résistance de l'assemblage du tube de puits de pétrole.

(3) Rupture du fil : Lorsque le peigne coupe le fil à grande vitesse et avec force, une rupture ou un dérapage du fil peut entraîner sa casse. Généralement, cette rupture est principalement due à la présence d’inclusions non métalliques importantes dans l’acier et dépend également de la qualité du peigne coupe-fil et de la stabilité du processus de filetage.

(4) Dommages aux filetages : Les dommages aux filetages des tubes de forage pétrolier comprennent les meurtrissures et les abrasions. Ils surviennent lors de la production, du transport et du stockage des produits finis. Afin d’éviter que les filetages exposés des tubes de forage pétrolier ne soient meurtris, écrasés ou rouillés, outre le fait de s’assurer que les filetages ne heurtent pas d’objets durs (tels que des rouleaux de transport, des barres de grille inclinées, etc.) pendant la production, une bague de protection externe à filetage interne doit être vissée sur le filetage du corps du tube de forage, et une bague de protection interne à filetage externe doit être vissée sur le filetage du raccord.

La norme API Spec 5CT stipule :
① L'usine de traitement des filetages doit visser des bagues de protection de filetage internes et externes. La conception, le matériau et la résistance mécanique de la bague de protection de filetage doivent protéger les filetages et les extrémités des tuyaux afin d'éviter les dommages lors des opérations normales de chargement et de déchargement, ainsi que lors du transport ;
② Lors du transport et du stockage normal du pétrole et des tubages, la conception et le matériau de la bague de protection du filetage doivent isoler les filetages de la saleté et de l'eau. La durée normale de stockage est d'environ 1 an ;
③ Le matériau choisi pour la bague de protection du filetage ne doit pas contenir de composants susceptibles de provoquer la corrosion du filetage ou l'adhérence de la bague de protection au filetage, et doit convenir à une température de service de -46℃ à +66℃ :
④ Les anneaux de protection de filetage en acier nu ne doivent pas être utilisés sur les corps de tuyaux en acier L80 de nuance 9Cr et 13Cr.

(5) Les paramètres du filetage dépassent la norme
Le filetage est l'étape la plus importante de la production des tubes de puits de pétrole et détermine en grande partie la qualité de leur filetage. Actuellement, la plupart des tubes de puits de pétrole sont filetés à l'aide de machines-outils à commande numérique (CNC) spéciales. Lors du filetage, la pièce est automatiquement centrée et fixée par un système de serrage flottant. L'outil de filetage est en carbure et la rotation de la broche est continue. Il existe deux méthodes de filetage : la première consiste à faire tourner la pièce et à faire avancer l'outil par un mouvement plan ; la seconde consiste à faire tourner la pièce et à faire avancer l'outil par un mouvement plan. Ces deux types de machines-outils présentent des caractéristiques distinctes. La première est polyvalente. Elle offre une productivité élevée pour le filetage conique standard et permet également de réaliser des filetages directs et spéciaux avec une excellente étanchéité (boucles spéciales). La seconde offre une productivité supérieure pour le filetage conique standard, mais les boucles spéciales nécessitent un pré-usinage. Les différents paramètres du filetage (diamètre médian, hauteur des dents, conicité, pas, angle des dents, entraxe, etc.) influent sur la résistance de la liaison et l'étanchéité du filetage. L'entraxe est la valeur moyenne des variations de chaque paramètre individuel du filetage. Même si les paramètres pris individuellement sont conformes, l'entraxe peut ne pas l'être. La précision des différents paramètres du filetage dépend non seulement de la qualité de l'ébauche du tube, mais aussi de la méthode d'usinage, du type de machine-outil, de la stabilité du processus d'usinage, ainsi que de la précision dimensionnelle et de la résistance à l'usure du peigne de filetage. À conditions égales par ailleurs, la précision dimensionnelle du peigne de filetage détermine la précision du filetage. Généralement, la tolérance dimensionnelle du peigne de filetage doit être comprise entre un tiers et un quart de la tolérance du produit, voire inférieure.

(6) Les valeurs de couple et de J dépassent la norme : Le couple de serrage de l’huile et du tubage correspond au couple de serrage appliqué lors du vissage du raccord et du corps de tube. Le contrôle de ce couple vise à garantir la résistance de la liaison entre le raccord et le corps de tube, ainsi que la contrainte de pression de contact sur le filetage. Associé à la graisse d’étanchéité appropriée, il permet d’assurer l’étanchéité de l’huile et du tubage. Pour les filetages conformes à la norme API, la valeur de J représente la distance entre l’extrémité du tube et le centre du raccord après serrage. Ce paramètre est essentiel pour évaluer la qualité de l’assemblage fileté.

(7) Fuites : Afin d'éviter les fuites d'huile et de tubage dues à une pression de contact insuffisante entre le corps du tube et le filetage du raccord, l'ensemble huile-tubage est soumis à un essai de pression hydrostatique conformément à la norme. L'étanchéité du filetage reliant le corps du tube au raccord dépend du type et de la qualité du filetage, du serrage de l'huile et du tubage, ainsi que de la qualité de la graisse d'étanchéité. Concernant le type de filetage, les performances d'étanchéité des filetages ronds sont supérieures à celles des filetages trapézoïdaux, et celles des filetages spéciaux sont encore meilleures. Une forme de filetage de haute précision et un couple de serrage approprié de l'huile et du tubage contribuent à améliorer l'étanchéité des filetages. La graisse d'étanchéité assure la lubrification, le remplissage des jeux du filetage (étanchéité) et la protection contre la corrosion lors du vissage des raccords et de l'utilisation de l'huile et du tubage.

2. Performance des conduites de puits de pétrole
Les performances des conduites de puits de pétrole comprennent les propriétés anti-collage, anti-effondrement, anti-corrosion et de résistance à la perforation.

(1) Performance anti-collage : Conformément aux exigences normatives, les raccords filetés entre les tubes de production et de tubage doivent être serrés et dévissés. Il est stipulé que chaque raccord doit être serré et dévissé six fois. Serrer au couple maximal recommandé par le fabricant, puis dévisser et vérifier le collage des filetages internes et externes des tubes de production et de tubage. Le collage des filetages est lié à des facteurs tels que la qualité du filetage, la dureté de sa surface, la vitesse de serrage, le coefficient de frottement et la contrainte de contact (couple de serrage). Pour améliorer la performance anti-collage des filetages, il convient d'améliorer la finition, la dureté et l'uniformité des filetages, de réduire la vitesse de vissage et de contrôler le couple de serrage. Parallèlement, un film métallique ou non métallique plus tendre doit être déposé sur la surface intérieure du filetage du raccord afin de séparer les tubes de production et de tubage du raccord, empêchant ainsi le collage des surfaces métalliques des deux filetages et évitant leur arrachement. Avant de visser le raccord, il est nécessaire d'enduire la surface du filetage de graisse afin d'éviter le grippage et d'améliorer l'étanchéité. Plusieurs procédés de revêtement existent : galvanisation, phosphatation, etc. Pour certains matériaux et types de filetages spécifiques, un cuivrage est souvent requis. Facteurs de blocage liés à la fabrication : paramètres du filetage (pas, hauteur des dents, conicité, couple de serrage, demi-angle du profil des dents, etc.), correspondance des filetages internes et externes (traitement de surface, finition de surface, phosphatation, galvanisation, cuivrage, etc.), graisse de filetage (fonction : lubrification, remplissage et étanchéité, etc., composée de poudre métallique et de graisse), contrôle du filetage (couple de serrage, vitesse de vissage, etc.), facteurs liés aux matériaux, etc. Les facteurs liés à l’utilisation et à l’exploitation des champs pétroliers comprennent : le levage sans protecteurs de filetage, le filetage oblique (le tube oscille et n’est pas concentrique avec le filetage du puits), l’absence ou la quasi-absence de filetage, la graisse de filetage (non conforme aux normes, présence de sable et autres débris), la vitesse et le couple de vissage, ainsi que la force de serrage des grandes pinces.

(2) Résistance à l'écrasement : À mesure que la profondeur de forage augmente, la pression exercée sur le pétrole et le tubage des puits de pétrole et de gaz s'accroît, notamment dans les puits profonds, ultra-profonds ou situés dans des formations complexes telles que le sel gemme, la pâte saline, le schiste et les roches tendres, qui nécessitent une isolation des écoulements plastiques. Lorsque la pression externe dépasse un certain seuil, le corps du tubage se déforme (rainure ou déformation elliptique), un phénomène appelé écrasement du tubage.

(3) Résistance à la corrosion : Certains gisements de pétrole et de gaz contiennent d’importantes quantités de milieux corrosifs tels que le sulfure d’hydrogène, le dioxyde de carbone ou les ions chlorure, ce qui impose des exigences élevées en matière de résistance à la corrosion pour le pétrole et les tubages. Ces exigences incluent la résistance à la corrosion sous contrainte par les sulfures, la résistance à la corrosion par le CO₂ et les ions Cl⁻, etc. La résistance à la corrosion du pétrole et des tubages dépend principalement de facteurs tels que la composition chimique de l’acier et les contraintes résiduelles des tubes. La réduction de la teneur en inclusions non métalliques et en éléments nocifs dans l’acier, l’augmentation de la teneur en éléments anticorrosion tels que le chrome et le nickel, la réduction des contraintes résiduelles dans les tubes et l’amélioration du rapport limite d’élasticité des tubes contribuent toutes à améliorer la résistance à la corrosion du pétrole et des tubages.

(4) Performance de perforation : La partie du tubage destinée à la production de pétrole (production stratifiée dans les puits de pétrole à couches multiples) nécessite une perforation pour permettre au pétrole brut de s’écouler de la couche de sables bitumineux désignée vers le tubage. C’est pourquoi le tubage de la couche de pétrole doit présenter une bonne performance de perforation, particulièrement élevée lors d’opérations de perforation sans canon. Cette performance est évaluée par des essais de perforation. Le tubage à tester est suspendu dans un puits simulé, et un certain nombre de poinçons de perforation profilés, disposés à intervalles réguliers et orientés de différentes manières, y sont insérés. La perforation est ensuite effectuée. Après perforation, si aucune fissure n’est présente autour des orifices du tubage testé, la performance est bonne ; si quelques petites fissures apparaissent autour des orifices, mais que leur nombre et leur longueur ne dépassent pas les exigences techniques, la performance est alors satisfaisante. Si le nombre ou la longueur des fissures autour des trous dépasse les exigences, notamment si les fissures entre deux trous adjacents sont reliées, la perforation est jugée non conforme. Le secteur pétrolier impose également des exigences précises quant à l'expansion du tubage après perforation et à la hauteur des bavures internes et externes autour des trous.