Tuyaux OCTGElles servent principalement au forage des puits de pétrole et de gaz ainsi qu'au transport du pétrole et du gaz. Elles comprennent les tiges de forage, les tubages et les conduites d'extraction pétrolière.Tuyaux OCTGils servent principalement à relier les colliers de forage et les trépans et à transmettre la puissance de forage.Le tubage pétrolier sert principalement à soutenir le puits de forage pendant et après la complétion, afin d'assurer le bon fonctionnement de l'ensemble du puits de pétrole durant ces opérations. Le pétrole et le gaz présents au fond du puits sont principalement acheminés à la surface par la colonne de pompage.
Le tubage est essentiel au bon fonctionnement des puits de pétrole. En raison de la diversité des conditions géologiques, les contraintes souterraines sont complexes et les effets combinés de la tension, de la compression, de la flexion et de la torsion sur le tubage imposent des exigences élevées quant à sa qualité. Tout dommage subi par le tubage peut entraîner une baisse de production, voire la mise hors service complète du puits.
Selon la résistance de l'acier, le tubage peut être classé en différentes nuances, notamment J55, K55, N80, L80, C90, T95, P110, Q125 et V150. La nuance d'acier utilisée varie en fonction des conditions du puits et de sa profondeur. En milieu corrosif, le tubage doit également présenter une résistance à la corrosion. Dans les zones géologiques complexes, il doit aussi être résistant à l'effondrement.
I. Connaissances de base des tubes OCTG
1. Explication des termes techniques relatifs aux oléoducs
API : c'est l'abréviation de American Petroleum Institute.
OCTG : C’est l’abréviation de Oil Country Tubular Goods, qui désigne les tubes spécifiques à l’industrie pétrolière, y compris les tubages de production finis, les tiges de forage, les colliers de forage, les anneaux, les joints courts, etc.
Tubes de production pétrolière : tubes utilisés dans les puits de pétrole pour l’extraction du pétrole, l’extraction du gaz, l’injection d’eau et la fracturation acide.
Tubage : Tube descendu depuis la surface de la terre dans un forage afin de servir de revêtement et d'empêcher l'effondrement de la paroi du puits.
Tube de forage : Tube utilisé pour le forage de puits.
Conduite principale : Tuyau utilisé pour transporter le pétrole ou le gaz.
Circlips : Cylindres utilisés pour raccorder deux tuyaux filetés à filetage interne.
Matériau de raccordement : Tuyau utilisé pour la fabrication des raccords.
Filetages API : Filetages de tuyauterie spécifiés par la norme API 5B, y compris les filetages ronds pour tuyaux de pétrole, les filetages ronds courts pour tubages, les filetages ronds longs pour tubages, les filetages trapézoïdaux décalés pour tubages, les filetages pour conduites, etc.
Boucle spéciale : Filetages non API dotés de propriétés d’étanchéité, de connexion et autres propriétés spéciales.
Défaillance : déformation, rupture, endommagement de surface et perte de la fonction initiale dans des conditions de service spécifiques. Les principales formes de défaillance des tubages pétroliers sont : l’extrusion, le glissement, la rupture, la fuite, la corrosion, le collage, l’usure, etc.
2. Normes relatives au pétrole
API 5CT : Spécifications relatives aux tubages et tubes (actuellement la dernière version de la 8e édition)
API 5D : Spécification des tiges de forage (dernière version de la 5e édition)
API 5L : spécification des tubes en acier pour pipelines (dernière version de la 44e édition)
API 5B : Spécification pour l’usinage, la mesure et le contrôle des filetages de tubages, de conduites pétrolières et de canalisations.
GB/T 9711.1-1997 : Conditions techniques de livraison des tubes en acier pour le transport dans l’industrie pétrolière et gazière – Partie 1 : Tubes en acier de nuance A
GB/T9711.2-1999 : Conditions techniques de livraison des tubes en acier pour le transport dans l’industrie pétrolière et gazière – Partie 2 : Tubes en acier de nuance B
GB/T9711.3-2005 : Conditions techniques de livraison des tubes en acier pour le transport du pétrole et du gaz naturel – Partie 3 : Tubes en acier de nuance C
II. Pipeline pétrolier
1. Classification des oléoducs
Les conduites pétrolières se divisent en trois catégories : les conduites non renforcées (NU), les conduites renforcées externes (EU) et les conduites à joint intégré. Une conduite non renforcée est une conduite dont l’extrémité est filetée sans épaississement et équipée d’un raccord. Une conduite renforcée externe est une conduite dont les deux extrémités ont été épaissies extérieurement, puis filetées et munies de colliers. Une conduite à joint intégré est une conduite directement assemblée sans raccord, dont une extrémité est filetée à travers un filetage extérieur épaissi intérieurement et l’autre extrémité à travers un filetage intérieur épaissi intérieurement.
2. Le rôle de la tubulure
①, extraction du pétrole et du gaz : une fois les puits de pétrole et de gaz forés et cimentés, le tubage est placé dans le tubage pétrolier pour extraire le pétrole et le gaz à la surface.
②, injection d'eau : lorsque la pression de fond de puits n'est pas suffisante, injectez de l'eau dans le puits à travers le tubage.
③, Injection de vapeur : Dans le processus de récupération thermique du pétrole épais, de la vapeur doit être introduite dans le puits à l'aide de conduites de pétrole isolées.
(iv) Acidification et fracturation : Au stade final du forage d'un puits ou afin d'améliorer la production des puits de pétrole et de gaz, il est nécessaire d'introduire un milieu d'acidification et de fracturation ou un matériau de durcissement dans la couche de pétrole et de gaz, et le milieu et le matériau de durcissement sont transportés par le pipeline pétrolier.
3. Qualité de l'acier utilisé pour les tuyaux pétroliers
Les nuances d'acier des tuyaux pétroliers sont : H40, J55, N80, L80, C90, T95, P110.
L'acier N80 se divise en N80-1 et N80Q. Ces deux aciers présentent les mêmes propriétés de traction, mais diffèrent par leur état de livraison et leur comportement face aux chocs. Le N80-1 est livré normalisé ou laminé à chaud à une température supérieure à la température critique Ar3, puis refroidi à l'air pour réduire la tension. Il peut être utilisé comme alternative au laminage à chaud normalisé ; les essais de résilience et les contrôles non destructifs ne sont pas requis. Le N80Q, quant à lui, doit subir un traitement thermique de revenu (trempe et revenu), son comportement face aux chocs doit être conforme aux exigences de la norme API 5CT et il doit être soumis à des essais non destructifs.
Le L80 se décline en trois versions : L80-1, L80-9Cr et L80-13Cr. Leurs propriétés mécaniques et leur état de livraison sont identiques. Elles diffèrent cependant par leur utilisation, leur complexité de production et leur prix. Le L80-1 est un modèle standard, tandis que les L80-9Cr et L80-13Cr sont des tubes à haute résistance à la corrosion, plus difficiles à produire et plus coûteux, généralement utilisés dans les puits fortement corrosifs.
Les C90 et T95 sont divisés en type 1 et type 2, c'est-à-dire C90-1, C90-2 et T95-1, T95-2.
4. Nuances d'acier couramment utilisées, qualité et état de livraison des conduites pétrolières
État de la livraison de l'acier
Tuyau d'huile J55, tuyau d'huile plat 37Mn5 : laminé à chaud au lieu d'être normalisé
Tuyau d'huile épaissi : normalisé sur toute sa longueur après épaississement.
Tube N80-1 36Mn2V Tube plat : laminé à chaud au lieu d’être normalisé
Tuyau pétrolier épaissi : normalisé sur toute sa longueur après épaississement
Tuyau d'huile N80-Q 30Mn5 trempé sur toute sa longueur
Tuyau d'huile L80-1 30Mn5 trempé sur toute sa longueur
Tuyau d'huile P110 25CrMnMo trempé sur toute sa longueur
Accouplement J55 37Mn5 laminé à chaud normalisation en ligne
Raccord N80 28MnTiB trempe sur toute la longueur
Raccord L80-1 28MnTiB trempe intégrale
Colliers P110 en acier trempé 25CrMnMo sur toute la longueur
III. Boîtier
1. Catégorisation et rôle de l'étui
Le tubage est un tube en acier qui soutient la paroi des puits de pétrole et de gaz. Plusieurs couches de tubage sont utilisées dans chaque puits, en fonction de la profondeur de forage et des conditions géologiques. Le ciment sert à sceller le tubage après sa descente dans le puits. Contrairement aux tubes de production et aux tiges de forage, le tubage n'est pas réutilisable et fait partie des consommables à usage unique. De ce fait, sa consommation représente plus de 70 % de celle des tubes de production des puits de pétrole. On distingue plusieurs types de tubages, selon leur utilisation : tubage de conduite, tubage de surface, tubage technique et tubage pétrolier. Leur structure dans les puits de pétrole est illustrée ci-dessous.
2. Boîtier du conducteur
principalement utilisé pour le forage dans l'océan et le désert pour séparer l'eau de mer et le sable afin d'assurer le bon déroulement du forage, les principales spécifications de cette couche de tubage 2 sont : Φ762 mm (30 pouces) × 25,4 mm, Φ762 mm (30 pouces) × 19,06 mm.
Tubage de surface : Il est principalement utilisé pour le forage initial, permettant d'atteindre le substratum rocheux à la surface des strates meubles. Afin d'empêcher l'effondrement de cette partie des strates, un tubage de surface est nécessaire. Les principaux diamètres disponibles pour le tubage de surface sont : 508 mm (20 po), 406,4 mm (16 po), 339,73 mm (13-3/8 po), 273,05 mm (10-3/4 po) et 244,48 mm (9-5/9 po). La profondeur d'enfoncement du tube de descente dépend de la profondeur de la formation meuble. Cette profondeur dépend de la profondeur de la strate meuble et se situe généralement entre 80 et 1 500 m. Les pressions externes et internes auxquelles il est soumis sont faibles, et il est généralement fabriqué en acier de nuance K55 ou N80.
3. Boîtier technique
Le tubage technique est utilisé lors du forage de formations complexes. Face à des zones complexes telles que des couches effondrées, des couches de pétrole, de gaz, d'eau, des zones de fuite ou des couches de pâte saline, il est indispensable de mettre en place un tubage technique pour assurer l'étanchéité. Sans cela, le forage est impossible. Certains puits, profonds et complexes, atteignent des milliers de mètres. Ces puits nécessitent la mise en place de plusieurs couches de tubage technique, exigeant des propriétés mécaniques et une étanchéité optimales. L'utilisation d'aciers de haute qualité est également requise. Outre le K55, les aciers N80 et P110 sont fréquemment utilisés. Pour certains puits profonds, on recourt même à des aciers de qualité Q125, voire à des aciers de qualité supérieure non conformes à la norme API, comme le V150. Les principales spécifications techniques du boîtier sont les suivantes : 339,73 mm (13-3/8 po), 273,05 mm (10-3/4 po), 244,48 mm (9-5/8 po), 219,08 mm (8-5/8 po), 193,68 mm (7-5/8 po), 177,8 mm (7 po), etc.
4. Tubage pétrolier
Lorsqu'un puits est foré jusqu'à la couche cible (celle qui contient du pétrole et du gaz), il est nécessaire d'utiliser un tubage de production pour assurer l'étanchéité entre cette couche et les strates supérieures exposées. L'intérieur du tubage est constitué par la couche de pétrole. Dans les puits les plus profonds, les exigences en matière de propriétés mécaniques et d'étanchéité des tubages sont maximales. On utilise généralement des aciers de nuances K55, N80, P110, Q125, V150, etc. Les principaux diamètres de tubage disponibles sont : 177,8 mm (7 pouces), 168,28 mm (6 5/8 pouces), 139,7 mm (5 1/2 pouces), 127 mm (5 pouces), 114,3 mm (4 1/2 pouces), etc. Dans les puits les plus profonds, les tubages doivent présenter des performances mécaniques et d'étanchéité optimales.
Tube de forage V.
1. Classification et rôle des tubes pour outils de forage
Le train de tiges de forage comprend le tube de forage carré, le tube de forage lesté et le collier de forage. Ce train de tiges est l'outil de forage principal qui propulse le trépan depuis la surface jusqu'au fond du puits. Il sert également de canal d'accès entre la surface et le fond du puits. Ses trois fonctions principales sont les suivantes : ① transmettre le couple nécessaire au forage ; ② exercer, par son propre poids, une pression sur le trépan pour fracturer la roche au fond du puits ; ③ acheminer le fluide de lavage du puits (boue de forage) à travers la surface grâce à des pompes à boue haute pression, jusqu'au puits de forage. Ce fluide s'écoule au fond du puits pour évacuer les débris rocheux et refroidir le trépan, puis est évacué par l'espace annulaire entre la surface extérieure de la colonne et la paroi du puits pour retourner à la surface, permettant ainsi le forage du puits. Lors du forage, les tiges de forage doivent résister à diverses charges alternées complexes, telles que la traction, la compression, la torsion, la flexion et d'autres contraintes ; leur surface intérieure est également soumise à l'abrasion et à la corrosion par la boue à haute pression.
(1) Tige de forage carrée : il existe deux types de tiges de forage carrées, quadrilatérales et hexagonales. En Chine, chaque colonne de forage pétrolier utilise généralement une tige de forage quadrilatérale. Ses diamètres sont les suivants : 63,5 mm (2 1/2 po), 88,9 mm (3 1/2 po), 107,95 mm (4 1/4 po), 133,35 mm (5 1/4 po), 152,4 mm (6 po), etc. La longueur courante est de 12 à 14,5 m.
(2) Tige de forage : La tige de forage est l’outil principal de forage des puits. Raccordée à l’extrémité inférieure du tube de forage carré, elle permet, à mesure que le puits est foré en profondeur, d’allonger la colonne de forage. Les diamètres disponibles pour les tiges de forage sont les suivants : 60,3 mm (2-3/8 po), 73,03 mm (2-7/8 po), 88,9 mm (3-1/2 po), 114,3 mm (4-1/2 po), 127 mm (5 po), 139,7 mm (5-1/2 po), etc.
(3) Tige de forage lestée : La tige de forage lestée est un outil de transition reliant la tige de forage et le collier de forage. Elle permet d’améliorer la résistance de la tige de forage et d’augmenter la pression exercée sur le trépan. Les principaux diamètres disponibles pour les tiges de forage lestées sont 88,9 mm (3 1/2 po) et 127 mm (5 po).
(4) Tige de forage : la tige de forage est reliée à la partie inférieure du train de tiges. Ce tube à paroi épaisse et très rigide exerce une pression sur le trépan pour percer la roche et sert de guide lors du forage de puits droits. Les diamètres courants des tiges de forage sont : 158,75 mm (6 1/4 po), 177,85 mm (7 po), 203,2 mm (8 po), 228,6 mm (9 po), etc.
Tuyau de conduite V.
1. Classification des conduites
Les conduites de ligne sont utilisées dans l'industrie pétrolière et gazière pour le transport du pétrole, des produits pétroliers raffinés, du gaz naturel et de l'eau. Les pipelines de transport de pétrole et de gaz se divisent principalement en trois catégories : conduites principales, conduites secondaires et réseaux de distribution urbains. Les conduites principales ont généralement un diamètre de 406 à 1 219 mm, une épaisseur de paroi de 10 à 25 mm et sont en acier de nuance X42 à X80. Les conduites secondaires et les réseaux de distribution urbains ont généralement un diamètre de 114 à 700 mm, une épaisseur de paroi de 6 à 20 mm et sont en acier de nuance X42 à X80. Les conduites d'alimentation et les réseaux de distribution urbains ont généralement un diamètre de 114 à 700 mm, une épaisseur de paroi de 6 à 20 mm et sont en acier de nuance X42 à X80.
Les canalisations comprennent des tubes en acier soudés et des tubes en acier sans soudure ; les tubes en acier soudés sont plus fréquemment utilisés que les tubes en acier sans soudure.
2. Norme de conduite de ligne
La norme pour les tubes de canalisation est l'API 5L « Spécification des tubes en acier pour pipelines ». Cependant, la Chine a promulgué en 1997 deux normes nationales pour les tubes de canalisation : GB/T9711.1-1997 « Industrie pétrolière et gazière, première partie des conditions techniques de livraison des tubes en acier : tubes en acier de classe A » et GB/T9711.2-1997 « Industrie pétrolière et gazière, deuxième partie des conditions techniques de livraison des tubes en acier : tubes en acier de classe B ». Ces deux normes, dites « tubes en acier », sont équivalentes à l'API 5L et de nombreux utilisateurs nationaux exigent la fourniture de tubes conformes à ces deux normes nationales.
3. À propos de PSL1 et PSL2
PSL est l'abréviation de niveau de spécification du produit. Le niveau de spécification des conduites est divisé en PSL1 et PSL2, ce qui correspond à un niveau de qualité supérieur. Le PSL1 étant supérieur au PSL2, ces deux niveaux de spécification diffèrent non seulement par les exigences d'essai, mais aussi par la composition chimique et les propriétés mécaniques. Par conséquent, conformément à la norme API 5L, les termes du contrat doivent, outre les spécifications, la nuance d'acier et autres indicateurs habituels, indiquer le niveau de spécification du produit, c'est-à-dire PSL1 ou PSL2.
La norme PSL2 est plus stricte que la norme PSL1 en ce qui concerne la composition chimique, les propriétés de traction, la résistance aux chocs, les essais non destructifs et d'autres indicateurs.
4. Nuance et composition chimique de l'acier des tubes de pipeline
La qualité de l'acier des conduites, de la plus basse à la plus élevée, est divisée en : A25, A, B, X42, X46, X52, X60, X65, X70 et X80.
5. Exigences relatives à la pression de l'eau dans les conduites et à la non-destruction
Les conduites doivent être soumises à un test hydraulique branche par branche, et la norme n'autorise pas la génération non destructive de pression hydraulique, ce qui constitue également une différence majeure entre la norme API et nos normes.
La norme PSL1 n'exige pas de tests non destructifs, la norme PSL2 exige des tests non destructifs branche par branche.
VI. Connexion Premium
1. Présentation de la connexion Premium
Le filetage spécial diffère du filetage API par sa structure particulière. Bien que les tubages filetés API existants soient largement utilisés dans l'exploitation des puits de pétrole, leurs inconvénients sont clairement mis en évidence dans l'environnement spécifique de certains gisements : le tubage fileté rond API, malgré une meilleure étanchéité, ne supporte qu'une force de traction équivalente à 60 % à 80 % de la résistance du corps du tubage, ce qui le rend inutilisable pour l'exploitation des puits profonds ; le tubage fileté trapézoïdal biaisé API, dont la résistance à la traction est équivalente à celle du corps du tubage, ne convient pas non plus aux puits profonds ; enfin, le tubage fileté trapézoïdal biaisé API présente une faible résistance à la traction. Bien que sa résistance à la traction soit nettement supérieure à celle du filetage rond API, son étanchéité reste insuffisante, le rendant inutilisable pour l'exploitation des puits de gaz à haute pression. De plus, la graisse pour filetage ne peut jouer son rôle que dans un environnement dont la température est inférieure à 95 °C ; elle ne peut donc pas être utilisée dans l'exploitation de puits à haute température.
Comparée aux connexions API à thread rond et à thread trapézoïdal partiel, la connexion Premium a réalisé des progrès considérables dans les domaines suivants :
(1) bonne étanchéité, grâce à la conception d'une structure d'étanchéité élastique et métallique, de sorte que la résistance à l'étanchéité au gaz du joint atteigne la limite du corps du tube dans la pression de seuil ;
(2) haute résistance de la connexion, avec la connexion Premium Connection du tubage pétrolier, la résistance de la connexion atteint ou dépasse la résistance du corps du tubage, pour résoudre fondamentalement le problème du glissement ;
(3) grâce à l'amélioration du processus de sélection des matériaux et de traitement de surface, le problème du bouclage du fil a été fondamentalement résolu ;
(4) par l’optimisation de la structure, de sorte que la distribution des contraintes articulaires soit plus raisonnable, plus propice à la résistance à la corrosion sous contrainte ;
(5) grâce à la structure d'épaule de conception raisonnable, de sorte que l'opération de boucle est plus facile à réaliser.
À l'heure actuelle, le monde a développé plus de 100 types de connexions Premium dotées d'une technologie brevetée.
Date de publication : 21 février 2024