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Produits tubulaires pour champs pétrolifères (OCTG)

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Produits tubulaires pour puits de pétrole (OCTG) est une famille de produits laminés sans soudure constitués de tiges de forage, de tubages et de tubes soumis à des conditions de charge en fonction de leur application spécifique. (voir la figure 1 pour un schéma d'un puits profond) :

Le Garniture de forage est un tube lourd sans soudure qui fait tourner le trépan et fait circuler le fluide de forage. Des segments de tube de 30 pieds (9 m) de long sont couplés à des joints d'outils. Le tube de forage est simultanément soumis à un couple élevé par le forage, à une tension axiale par son poids mort et à une pression interne par la purge du fluide de forage. De plus, des charges de flexion alternées dues à un forage non vertical ou dévié peuvent se superposer à ces schémas de chargement de base.
Tuyau de tubage Le tubage est soumis à une tension axiale due à son poids mort, à une pression interne due à la purge du fluide et à une pression externe due aux formations rocheuses environnantes. L'émulsion de pétrole ou de gaz pompée expose particulièrement le tubage à une tension axiale et à une pression interne.
Un tubage est un tuyau par lequel le pétrole ou le gaz est transporté depuis le puits de forage. Les segments de tubage mesurent généralement environ 9 m de long et sont dotés d'un raccord fileté à chaque extrémité.

La résistance à la corrosion dans des conditions de service acides est une caractéristique cruciale des OCTG, en particulier pour les tubages et les tubes.

Les processus de fabrication typiques des OCTG comprennent (toutes les plages dimensionnelles sont approximatives)

Procédés de laminage continu sur mandrin et sur banc de poussée pour des dimensions comprises entre 21 et 178 mm de diamètre extérieur.
Laminage de bouchons pour des tailles comprises entre 140 et 406 mm de diamètre extérieur.
Perçage à rouleaux croisés et laminage de pèlerins pour des tailles comprises entre 250 et 660 mm de diamètre extérieur.
Ces procédés ne permettent généralement pas le traitement thermomécanique habituel des bandes et des plaques utilisées pour les tubes soudés. Par conséquent, les tubes sans soudure à haute résistance doivent être fabriqués en augmentant la teneur en alliage en combinaison avec un traitement thermique approprié, tel que la trempe et le revenu.

Figure 1. Schéma d'une réalisation en profondeur

Pour satisfaire à l'exigence fondamentale d'une microstructure entièrement martensitique, même avec une paroi de tube de grande épaisseur, une bonne trempabilité est nécessaire. Le Cr et le Mn sont les principaux éléments d'alliage qui produisent une bonne trempabilité dans l'acier conventionnel pouvant être traité thermiquement. Cependant, l'exigence d'une bonne résistance à la fissuration sous contrainte par sulfure (SSC) limite leur utilisation. Le Mn a tendance à se séparer pendant la coulée continue et peut former de grandes inclusions de MnS qui réduisent la résistance à la fissuration induite par l'hydrogène (HIC). Des niveaux plus élevés de Cr peuvent conduire à la formation de précipités Cr7C3 avec une morphologie grossière en forme de plaque, qui agissent comme des collecteurs d'hydrogène et des initiateurs de fissures. L'alliage avec du molybdène peut surmonter les limites de l'alliage Mn et Cr. Le Mo est un durcisseur beaucoup plus puissant que le Mn et le Cr, il peut donc récupérer rapidement l'effet d'une quantité réduite de ces éléments.

Traditionnellement, les nuances OCTG étaient des aciers au carbone-manganèse (jusqu'au niveau de résistance de 55 ksi) ou des nuances contenant du Mo jusqu'à 0,4% Mo. Ces dernières années, le forage de puits profonds et les réservoirs contenant des contaminants qui provoquent des attaques corrosives ont créé une forte demande de matériaux plus résistants à la fragilisation par l'hydrogène et au SSC. La martensite hautement revenue est la structure la plus résistante au SSC à des niveaux de résistance plus élevés, et une concentration de 0,75% Mo produit la combinaison optimale de limite d'élasticité et de résistance au SSC.

Utilisations du train de tiges, du tubage et des tubes dans le forage pétrolier

Directives de forage : train de tiges, tubage et tubage

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Le forage pétrolier et gazier nécessite des équipements et des techniques complexes pour atteindre les réservoirs sous la surface de la terre. Le train de tiges, le tubage et le tubage sont les composants les plus critiques de toute opération de forage. Chacun joue un rôle essentiel pour garantir la sécurité, l'efficacité et le succès d'un projet de forage. Il est essentiel pour les ingénieurs et les opérateurs de forage de comprendre les directives de forage et les meilleures pratiques pour leur utilisation.

Ce guide couvre les aspects critiques des trains de tiges, du tubage et des tubes de forage, en fournissant des solutions aux défis courants rencontrés dans l'exploration pétrolière et gazière. Que vous gériez une opération de forage ou que vous travailliez dans l'exploration, ces Directives de forage vous aidera à naviguer dans les complexités de chaque composant et à garantir des processus de perçage fluides et efficaces.

La colonne de forage : l'épine dorsale de l'opération de forage

UN train de tiges est un ensemble qui transmet le mouvement rotatif de la surface au trépan au fond du puits. Il comprend plusieurs pièces interconnectées, notamment tiges de forage, colliers, et assemblages d'outilsLa colonne de forage est essentielle pour le forage de puits, car elle permet non seulement de faire tourner le trépan mais également de faciliter la circulation des fluides de forage.

Composants critiques du train de tiges :

  • Garniture de forage:Un tuyau creux qui transmet la puissance de rotation et fait circuler le fluide de forage.
  • Colliers de forage:Tuyaux plus lourds et à parois épaisses qui exercent du poids sur le foret, l'aidant à couper la roche.
  • Joints d'outils:Raccords filetés reliant les segments de tige de forage entre eux.

Problèmes courants avec les trains de tiges et solutions :

  1. Fatigue et échec:En raison de l’immense contrainte exercée sur les trains de tiges, la défaillance par fatigue est courante, en particulier dans les puits plus profonds.
    • Solution:Pour réduire les concentrations de contraintes, inspectez et faites régulièrement pivoter les tiges de forage, utilisez des connexions de qualité supérieure et envisagez un acier de qualité supérieure pour les puits plus profonds.
  2. Tuyau coincé:Les colonnes de forage peuvent se bloquer en raison d'un blocage différentiel, d'un blocage mécanique ou d'un effondrement du trou.
    • Solution:Utilisez un fluide de forage approprié pour gérer la pression du puits de forage, surveillez le couple et la traînée pour détecter tout signe de blocage et appliquez des techniques de recul dès le début pour libérer le tuyau avant qu'un problème important ne survienne.
  3. Torsion et flambage:Les colonnes de forage peuvent subir des déformations ou des torsions, entraînant une défaillance des joints d'outils.
    • Solution:Pour éviter le flambage axial, assurez-vous d'une répartition adéquate du poids en utilisant le nombre correct de colliers de forage et de stabilisateurs de fond de trou.

La colonne de forage est la partie la plus dynamique du processus de forage, nécessitant une planification minutieuse et une surveillance continue pour garantir des opérations de forage sûres et efficaces.

Utilisations du train de tiges, du tubage et des tubes dans le forage pétrolier

Enveloppe: Protection du puits de forage et prévention de l'effondrement

Le boîtier Il s'agit d'un tube de grand diamètre inséré dans un puits foré et cimenté pour stabiliser le puits et éviter son effondrement. Le tubage isole également différentes formations souterraines, empêche la migration des fluides et maintient une bonne intégrité.

Types de boîtier :

  1. Boîtier de conducteur:Il s'agit de la première colonne de tubage mise en place dans le puits. Elle empêche l'effondrement des formations superficielles et protège les eaux souterraines peu profondes.
  2. Boîtier de surface:Installé ensuite, il s'étend plus profondément dans le puits, protégeant contre les éruptions et empêchant la contamination de surface.
  3. Boîtier intermédiaire:Il est placé entre le tubage de surface et le tubage de production pour éviter que le puits ne rencontre des zones problématiques, telles que des formations instables ou des zones de haute pression.
  4. Boîtier de production:La colonne de tubage finale isole la formation productrice et fournit une voie permettant aux hydrocarbures de s'écouler à travers le puits.

Problèmes courants avec le boîtier et solutions :

  1. Instabilité du puits de forage:Dans les formations à haute pression, une conception inappropriée du tubage peut entraîner l'effondrement du puits ou un afflux de fluide incontrôlé.
    • Solution:Utilisez un programme de boîtier bien conçu, en tenant compte de la profondeur du puits, des conditions de pression et des propriétés de la formation pour assurer une stabilisation adéquate du puits.
  2. Usure du boîtier:Des opérations de forage prolongées ou des charges latérales excessives peuvent user le tubage, affaiblissant ainsi sa structure.
    • Solution:Utilisez un boîtier résistant à l'usure ou employez centralisateurs pour maintenir le boîtier centré dans le puits de forage, minimisant ainsi le contact avec les parois latérales.
  3. Fuites de boîtier:Une mauvaise cimentation ou une défaillance du tubage peuvent provoquer des fuites, entraînant des problèmes de pression ou une contamination croisée des formations.
    • Solution:Effectuer régulièrement des tests de pression et journaux de liaison de ciment pour assurer l'intégrité du tubage et réparer rapidement toute fuite en utilisant des compressions de ciment ou d'autres techniques d'intervention.

Le boîtier est essentiel au maintien d’une bonne intégrité, et le respect des meilleures pratiques peut aider à éviter de nombreux problèmes coûteux associés à une défaillance du boîtier.

Utilisations du train de tiges, du tubage et des tubes dans le forage pétrolier

Tubes:Le chemin vers la production

Tubes Il s'agit d'un tube de plus petit diamètre placé à l'intérieur du tubage qui transporte le pétrole, le gaz ou d'autres fluides produits du puits vers la surface. Le tubage est conçu pour résister aux pressions élevées et aux environnements corrosifs souvent rencontrés dans les puits de production, ce qui en fait un composant essentiel de la phase de production du cycle de vie d'un puits.

Considérations critiques pour les tubes :

  1. Taille du tube:Le diamètre du tube doit être choisi avec soin pour maximiser la production tout en minimisant les pertes de charge.
  2. Résistance à la corrosion:Les tubes sont souvent exposés à des environnements corrosifs, en particulier dans les puits produisant du gaz acide ou ceux présentant des niveaux élevés de CO₂ ou de H₂S. Les alliages résistants à la corrosion comme 13Cr, Super 13Cr, ou alliages à base de nickel peut aider à prolonger la durée de vie du tube.
  3. Connexions de tubes:Les connexions filetées de haute qualité garantissent des joints étanches et maintiennent une bonne intégrité sous pression.

Problèmes courants liés aux tubes et solutions :

  1. Corrosion et érosion:Les tubes sont sensibles à la corrosion et à l’érosion en raison des fluides agressifs et des vitesses élevées impliqués dans la production.
    • Solution:Sélectionnez des matériaux résistants à la corrosion, appliquez des revêtements ou des doublures internes et surveillez les propriétés du fluide pour éviter une détérioration rapide du tube.
  2. Effondrement de tubes:Une pression externe excessive ou une épaisseur de paroi inadéquate peut provoquer l’effondrement du tube, interrompant ainsi la production.
    • Solution:Effectuez des tests de pression réguliers pour vous assurer que les tubes sont dans les limites opérationnelles et sélectionnez des tubes avec un indice d'effondrement plus élevé pour les puits avec des pressions de fond plus élevées.
  3. Mise à l'échelle:Du tartre minéral peut s'accumuler à l'intérieur des tubes, réduisant les débits et provoquant potentiellement des blocages.
    • Solution:Pour minimiser la formation de tartre dans le puits de forage, utilisez des inhibiteurs chimiques ou des techniques de détartrage mécanique et envisagez des traitements préventifs.

Les tubes constituent le chemin critique par lequel les hydrocarbures remontent à la surface, ce qui les rend essentiels aux performances de production du puits. Une sélection rigoureuse des matériaux et un entretien régulier peuvent prolonger considérablement la durée de vie des tubes.

Directives de forage pour optimiser l'intégrité et l'efficacité des puits

Lors du forage d'un puits, l'interaction entre les train de tiges, enveloppe, et tubes doivent être soigneusement gérés pour garantir des opérations de forage réussies et sûres. Voici quelques bonnes pratiques et Directives de forage à garder à l'esprit:

  1. Planifiez soigneusement la conception du puits:Il est essentiel de comprendre les conditions du sous-sol, telles que la pression, la température et la stabilité de la formation, pour sélectionner le bon équipement. Une conception appropriée et saine garantit l'utilisation des tailles et des grades de tubage appropriés, évitant ainsi les retards inutiles ou les pannes d'équipement.
  2. Surveiller constamment l'état du puits:Tout au long du forage, il est essentiel de surveiller les conditions de fond telles que le couple, la traînée et la pression. Ces mesures peuvent fournir des signes avant-coureurs de problèmes tels que des tuyaux coincés ou l'effondrement du puits de forage, ce qui permet de prendre des mesures correctives avant que les problèmes ne s'aggravent.
  3. Effectuer des inspections régulières:Les trains de tiges, les tubages et les tubes sont tous sujets à l'usure. Des inspections de routine, visuelles et à l'aide d'outils spécialisés comme des pieds à coulisse et des ultrasons, peuvent aider à identifier les premiers signes de fatigue ou de corrosion, évitant ainsi des défaillances catastrophiques.
  4. Optimiser les fluides de forage:Les fluides de forage jouent un rôle important dans la bonne intégrité du puits, car ils aident à gérer la pression dans le puits, à refroidir le trépan et à transporter les déblais vers la surface. Les propriétés appropriées du fluide peuvent empêcher l'instabilité du puits, protéger le tubage et les tubes de la corrosion et réduire le risque de blocage des tubes.
  5. Choisissez des matériaux de haute qualité:Dans les environnements soumis à de fortes contraintes ou corrosifs, la qualité des matériaux utilisés pour les trains de tiges, le tubage et les tubes devient critique. Investir dans de l'acier à haute résistance, des alliages résistants à la corrosion et des connexions haut de gamme s'avérera rentable en augmentant la longévité et en réduisant le besoin d'interventions coûteuses.

Conclusion

Dans l’industrie pétrolière et gazière, train de tiges, enveloppe, et tubes sont les héros méconnus qui assurent le succès et la sécurité des opérations de forage. Comprendre leur rôle et savoir comment résoudre les problèmes courants est essentiel pour une intégrité saine et une production efficace. En suivant ces Directives de forage et les meilleures pratiques, les ingénieurs et les opérateurs de forage peuvent optimiser leurs opérations, minimiser les risques et améliorer les performances sonores.

Qu’il s’agisse de forer des puits d’exploration dans des régions éloignées ou de gérer des puits à haute production en mer, la bonne approche de sélection et de maintenance de ces composants essentiels améliorera à la fois le succès à court terme et la rentabilité à long terme.