Solutions de revêtement dur et de revêtement interne pour tiges de forage

La tige de forage est l'un des composants les plus utilisés et les plus coûteux du train de tiges, qu'il s'agisse de forage terrestre ou offshore. Chaque puits l'expose à des contraintes mécaniques extrêmes, à une usure abrasive, à des fluides corrosifs et à un couple de rotation élevé. À terme, cela entraîne l'érosion des joints d'outils, l'usure du tubage, la formation de piqûres internes et une défaillance prématurée de la tige. Deux solutions éprouvées sont largement utilisées dans l'industrie pétrolière et gazière pour relever ces défis : Bande dure et Revêtement intérieur. Ils peuvent prolonger la durée de vie des trains de tiges et améliorer les performances dans les environnements exigeants des champs pétrolifères.

Rechargement dur sur les joints d'outils

Le rechargement dur est une couche de soudure résistante à l'usure appliquée sur les raccords des tiges et des colliers de forage afin de protéger le joint de l'outil et le tubage. Il est généralement appliqué sous forme de plusieurs bandes de soudure de 2,5 cm de large sur les extrémités des joints de forage (et parfois des axes). Ce revêtement dur se sacrifie à l'abrasion, prolongeant ainsi la durée de vie du tube. L'un des objectifs clés est convivialité du boîtier – De nombreux revêtements durs modernes (par exemple les alliages Arnco) sont formulés pour être suffisamment lisses et souples pour minimiser l'usure du tubage. La réapplication est également essentielle : les produits haut de gamme sont conçus pour que les revêtements usés puissent être soudés sans démontage. La photo ci-dessous illustre un revêtement dur typique sur les joints d'outils de tiges de forage.

Figure : Joints d'outils de forage renforcés (bandes de soudure autour de la connexion). Le renforcement moderne forme une couche résistante et très dure (souvent > 60 HRC) qui protège à la fois le joint d'outils et le tubage.

Matériaux de rechargement

La composition des alliages de rechargement dur varie. Les mélanges classiques (matrice en acier doux + carbure de tungstène) offrent une excellente résistance à l'usure des outils, mais une usure importante du tubage. Les alliages plus récents, plus respectueux du tubage, utilisent du nickel, du chrome, du titane, du niobium, etc., pour atteindre environ 50 à 60 HRC, avec un minimum d'écaillage et des dépôts exempts de fissures. Par exemple : Arnco 350XT est un alliage à noyau métallique d'une dureté supérieure à 60 HRC, très respectueux de l'enveloppe et exempt de fissures. L'alliage original d'Arnco 100XT (et plus récent 150XT) sont des fils très respectueux du boîtier, sans fissures, conçus pour une usure minimale du boîtier. Ultraband (non représenté) et Castolin OTW-12Ti (61,5 HRC) offrent une durabilité extrême avec une capacité de réapplication.

Marques de bande dure

Marques internationales

Des marques internationales comme NOV (Tuboscope) Nous proposons également des fils fourrés à bande dure. Par exemple, TCS-Titane est un alliage de carbure de chrome-titane avec une dureté ≥ 56 Rc et est totalement anti-fissuration et respectueux du boîtier. TCS-8000 est un alliage chrome-nickel-vanadium de première qualité (> 56 Rc) qui est ultra-respectueux du tubage et peut être recouvert à plusieurs reprises. NOV's TK-*. NOV et Arnco proposent chacun des fils non magnétiques (par exemple, Arnco NonMagXT est conforme à la norme API 7-1 et conserve une dureté élevée) pour les colliers sur les colliers de forage non magnétiques.

Marques locales

Il existe également des fournisseurs plus petits ou régionaux. Solutions de bande dure (Postle Industries) fabrique Duraband NC, un fil dur à base de nickel (57–60 Rc) sans fissures 100%, qualifié NS-1 et reconstructible. Tuffband NC L'alliage (~55 Rc) est également infissuré et homologué NS-1. Ces alliages sont appréciés dans le monde entier pour leur facilité de réapplication. (En revanche, les matrices en carbure de tungstène simples sont désormais rares pour les tubes en raison des dommages au tubage.) Les producteurs chinois ont également pénétré le marché ; par exemple, Hilong (Chine) propose BoTn bande dure de marque, bien que les spécifications détaillées soient rarement publiées.

Le tableau ci-dessous compare les principaux matériaux de rechargement pour les joints tiges/colliers de forage. Il inclut la dureté, la résistance à l'usure du tubage, la possibilité de réapplication, la résistance aux environnements acides, les spécifications pertinentes et les cas d'utilisation typiques.

Produit (marque)	Dureté (HRC)	Usure du boîtier	Présenter une nouvelle demande	Service aigre	Normes/Certifications	Utilisation typique
Arnco 350XT	>60 HRC	Faible (à base de Ni)	Oui	Bon (résistant au H₂S)	–	Joints d'outils à forte usure ; onshore/offshore
Arnco 300XT	~60 HRC (est.)	Faible (bon)	Oui	Équitable	–	Ultra-durable (meilleure longévité)
Arnco 150XT	~55–58 HRC (est.)	Très faible	Oui	Élevé (H₂S)	–	Compatible avec le tubage ; puits à charge latérale élevée
Arnco 100XT	~55–60 HRC (est.)	Très faible	Oui	Équitable	–	Alliage compatible avec les boîtiers Legacy
Arnco NonMagXT	– (austénitique)	Modéré	Oui	–	API 7‑1 (non magnétique)	Joints d'outils en acier inoxydable (colliers de forage non magnétiques)
NOV TCS‑Titane	>56 Rc	Faible	Oui	Bien	–	Joints de tuyaux à haute contrainte et respectueux du tubage
NOV TCS‑8000	>56 Rc	Le plus bas	Oui	Équitable (à base de nickel)	–	Protection extrême du boîtier (tuyau et colliers)
NOV TCS‑XL	– (Niobium)	Faible	Oui	Bien	–	Forte abrasion, souvent appliquée sur TCS-Ti
Revêtement dur Sol. Duraband NC	57–60 Rc	Faible	Oui	Bon (H₂S)	Certifié NS-1	Joints de tuyaux (dans le monde entier)
Revêtement dur Sol. Tuffband NC	~55 Rc	Faible	Oui	Bien	Certifié NS-1	Joints de tuyaux ; également utilisés comme matrice WC
Castolin OTW‑12Ti	~61,5 HRC	Faible	Oui	Bien	–	Résistance extrême à l'usure, respectueux du boîtier
Castolin OTW‑10SS	~55–60 HRC (est.)	Modéré	Oui	Très élevé	–	Service acide (alliage dur inoxydable)
Alliages de soudage (NL)	~~60 HRC (est.)	Modéré	Oui	Équitable	–	Fils fourrés de rechargement dur de base
Hilong BoTn (Chine)	Inconnu	Inconnu	Oui	?	–	Bande dure chinoise (type tungstène/Fe)

 Tableau : Matériaux de rechargement pour assemblages tiges/manchons de forage. « Usure du tubage » est qualitative (plus faible est préférable). « Réapplication » = capacité à souder sur l'ancienne couche. « Acide » indique approximativement la résistance au H₂S. La certification NS‑1/7‑1 est indiquée le cas échéant. Les applications supposent une utilisation générale onshore/offshore (HPHT ou acide extrême nécessitent souvent des versions d'alliages spécialisées).

Rechargement central de tiges de forage lourdes

La tige de forage lourde (HWDP) a une bouleversement central (plaque d'usure) qui protège la colonne du flambage et des forces axiales. Comme les colliers, ces refoulements centraux peuvent être rechargés pour une durée de vie prolongée. De nombreux HWDP sont fournis avec des alliages résistants à l'usure déjà appliqués sur le refoulement. Par exemple, un fabricant indique que « le rechargement résistant à l'usure du HWDP est standard sur les joints d'outils et le refoulement central… [avec] l'application d'Arnco 100XT ». Les mêmes alliages de rechargement résistants au tubage que ceux utilisés sur les colliers (Arnco 100XT/150XT, Duraband NC, etc.) sont souvent appliqués aux refoulements HWDP, selon les besoins. La technologie de cerclage en spirale (rechargement hélicoïdal continu) est également disponible pour les corps de tiges de forage à longue portée, mais sur les HWDP, l'approche multibande conventionnelle est la plus courante.

Figure : Rechargement dur sur le refoulement central d'une tige de forage lourde

Revêtements internes

En plus du revêtement dur externe, de nombreuses colonnes de forage sont traitées avec revêtements internes Pour lutter contre la corrosion, l'entartrage et l'érosion causés par les fluides de forage. Après la fabrication du tube, une couche solide de polymère ou d'époxy (souvent un époxy novolaque, un PTFE/fluoropolymère ou un polymère céramique) est pulvérisée sur le diamètre intérieur du tube. Ce revêtement fin prévient la rouille et les piqûres, réduit les frottements et améliore l'efficacité du flux.

Les revêtements sont particulièrement courants dans les environnements fortement corrosifs (H₂S/CO₂ ou boues salées) et les applications haute pression/injection. Par exemple, les NOV Tube-Kote™ les revêtements plastiques internes (par exemple, TK-34XT, TK-15XT) sont largement utilisés ; NOV souligne que ses revêtements internes TK « préviennent la corrosion, les piqûres et la fatigue associée… qui peuvent entraîner des érosions et des torsions ». Drill Pipe International propose un système époxy appelé JSU-3 (époxy Novolac vert) qui résiste jusqu'à ~350°F avec circulation et est appliqué sur une épaisseur de 8 à 20 mils (pour la protection contre la corrosion, l'atténuation du tartre et une meilleure hydraulique).

Figure : Tiges de forage empilées avec revêtement protecteur interne jaune (époxy Tube-Kote) sur le diamètre intérieur. Ce revêtement interne prévient la corrosion et l'accumulation de tartre à l'intérieur de la tige.

D'autres exemples de revêtements internes incluent CeRam-Kote PCF, un revêtement céramique-polymère résistant à environ 93 °C (adapté au H₂S/CO₂) et des revêtements en fluoropolymère (PFA/FEP) pour surfaces lisses et antiadhésives. Dans certains cas, des revêtements antiadhésifs comme le PTFE ou le zinc/nickel sont utilisés pour réduire l'adhérence de la boue. Le tableau ci-dessous résume les types de revêtements internes courants :

Produit de revêtement	Taper	Caractéristiques principales	Indice de température	Utilisation typique
Tube NOV-Kote TK	Époxy/polymère	Excellente protection contre la corrosion et l'usure ; améliore le débit	jusqu'à ~350 °F (variable)	Tiges de forage à usage général; trains de production/d'injection
JSU‑3 (DPI)	Époxy novolaque (ID)	Époxy robuste ; jusqu'à ~350 °F avec écoulement	≤350 °F (en circulation)	Revêtement intérieur des tiges de forage pour la réduction de la corrosion et du tartre
CeRam-Kote PCF	céramique-polymère	Époxy céramique à couche mince ; hautement résistant aux produits chimiques	jusqu'à ~200 °F	Conduites de puits acides ou abrasives (protection H₂S/CO₂)
FBE (époxy par fusion)	Une résine époxy	Revêtement de pipeline à couche épaisse ; barrière pour CO₂/H₂S	à environ 350 °F	Conduites de canalisation, quelques chaînes de complétion
PTFE/PFA (fluoropolymères)	fluoropolymère	Très faible frottement et antiadhésif ; chimiquement inerte	jusqu'à ~400 °F	Fluides de forage Extreme-HPHT, puits sujets à l'entartrage
Placage nickel/Ni-Al	placage métallique	Protection contre la corrosion, alésage lisse	~500 °F (Ni)	Boue HDD, un environnement avec des fluides agressifs
Film sec (céramique)	Micro-couche céramique	Surface ultra-dure (par exemple, céramique CeRam-Kote)	Jusqu'aux limites de service	Puits horizontaux à portée étendue
Aucun	–	Tige de forage non revêtue (acier standard)	–	Service à faible corrosion (par exemple, eau douce)

 Tableau: Garniture de forage Revêtements internes. Les revêtements polymères/époxy (par exemple, NOV Tube-Kote, JSU-3) sont courants pour atténuer la corrosion et l'usure. Les fluoropolymères (PTFE/PFA) et les revêtements céramiques sont utilisés pour une résistance spécifique à la corrosion et à l'abrasion. Les placages à base de nickel offrent une résistance chimique supplémentaire, mais sont moins courants sur les conduites neuves.

Conseils pratiques

Lors du choix d'un rechargement ou d'un revêtement intérieur, tenez compte de l'état de votre puits et des exigences de votre pipeline. Pour les puits à haute température, haute pression ou acides, privilégiez des alliages et des revêtements conformes à la certification NACE (par exemple, rechargement résistant aux contraintes de sulfure ou résine époxy approuvée NACE). Pour les puits déviés ou abrasifs, privilégiez les alliages les plus résistants à l'usure. Assurez-vous que le personnel de construction respecte les procédures d'exploitation correctes (préchauffage, intercalaire, refroidissement lent) afin d'éviter les fissures.

Enfin, collaborez avec des fournisseurs réputés : les grandes marques fournissent généralement des données publiques (telles que les résultats des tests de dureté et d'usure du tubage) et une assistance technique, ce qui peut contribuer à une construction uniforme et sans défaut. Cependant, compte tenu des facteurs de coût, certaines marques locales éprouvées constituent également un bon choix. Un rechargement et un revêtement interne adaptés peuvent prolonger considérablement la durée de vie du train de tiges et réduire les dommages au tubage, obtenant ainsi un retour sur investissement significatif lors des opérations de forage.