Du Ke, Cao Jia, Zhang Yushu, Institut de recherche en technologie du génie foreur du CNPC
Résumé : Un petit nombre d’unions rotatives Style 10 et Style 80 produites par une entreprise du Jiangsu ont été pénétrées pendant le service. La cause principale était un chanfrein surdimensionné situé exactement à un virage de 90 degrés. À ce moment, la direction de l’écoulement change brusquement, le pas de chanfrein crée une résistance à l’écoulement, et de grosses particules de quartz-sable érodent la zone du pas jusqu’à ce que la pénétration par l’eau se produise. Après l’identification de la cause profonde, le chanfrein était modifié à 10 degrés et le chanfrein commençait à 10 mm de l’entrée du coude WN, évitant autant que possible de placer le détour à 90 degrés. Après cette amélioration, la pénétration de l’évacuation ne se produisait plus dans les Raccords pivotants.
Mots-clés : syndicat rotatif ; Raccord pivotant ; pénétration de l’évacuation ; marche chanfreinée ; Amélioration
Les Raccords pivotants rotatifs Style 10 et Style 80, également appelés coudes mobiles, ont été fabriqués selon la spécification API 16C. Pendant l’utilisation, une petite partie des produits a subi une pénétration. Une analyse combinée des échantillons pénétrés a révélé trois caractéristiques : les emplacements de pénétration étaient essentiellement les mêmes et se trouvaient tous sur le passage courbé extérieur du coude WN ; la pénétration s’est produite à l’arc extérieur du troisième circuit ; et l’emplacement pénétré n’était ni la section la plus faible ni la plus mince.
1. Analyse des échantillons pénétrés
1.1 Matières premières
Le Raccord pivotant rotatif était fabriqué en acier rond 30CrMo. L’acier rond était produit par laminage, perçage, pliage et procédés connexes. L’analyse d’échantillonnage de la partie pénétrante a montré que la composition chimique était dans la plage normale et répondait aux exigences de la norme GB/T 3077.
1.2 Microstructure trempée et trempée
Après trempe et trempage, la microstructure normale de l’acier 30CrMo utilisée pour le Raccord pivotant est une sorbite trempée avec une petite quantité de bainite inférieure. C’est une microstructure normale pour le matériau.
1.3 Propriétés mécaniques
Après traitement thermique, les valeurs moyennes de dureté mesurées sur trois échantillons d’impact étaient de 239, 245 et 253 HB. La dureté et les propriétés mécaniques répondaient pleinement aux exigences du matériau de 75 K dans la spécification API 16C. Les propriétés mécaniques de l’acier 30CrMo sont présentées dans le Tableau 1.
Tableau 1. Propriétés mécaniques de l’acier 30CrMo
| Résistance à la traction / MPa | Limite d’élasticité / MPa | Allongement / % | Réduction de la surface / % | Ténacité aux chocs, longitudinale / J (API Spec 16C : -29 C) |
|---|---|---|---|---|
| 855 | 717 | 19 | 45 | 45, 51, 39 ans (moyenne 45) |
1.4 Emplacement de pénétration
L’environnement géologique du champ pétrolifère de Changqing est complexe, avec des roches souterraines dures. Le fluide à l’intérieur de la conduite contient du sable de quartz dur, donc l’effet de frottage est évident. Les emplacements de pénétration des Raccords pivotants Style 10 et Style 80 étaient tous situés sur l’arc extérieur du premier virage à l’entrée du fluide circulant. Cela montre que l’érosion du quartz et du sable était l’une des causes de pénétration, mais pas la cause principale, car tous les Raccord pivotant n’ont pas connu de pénétration.
2. Causes de la pénétration
Le Raccord pivotant a été percé à une section de mur plus épaisse plutôt qu’à une section de mur plus fine. Une analyse attentive du dessin d’assemblage a montré que la pénétration se produisait à l’arc extérieur de la troisième voie de course. Ce point se trouve à l’entrée du fluide. Le long du sens de l’écoulement, il y avait un chanfrein de 30 degrés, et cette marche créait une résistance au fluide. Lorsque de grosses particules de quartz-sable atteignaient la marche chanfreinée, elles s’arrêtaient brièvement puis parcouraient la marche, formant une fosse d’érosion. À mesure que la fosse s’agrandissait progressivement, la pénétration s’est produite.
Par conséquent, la principale cause de la pénétration était que le chanfrein était trop grand et se trouvait exactement au virage de 90 degrés. À cette position, la direction de l’écoulement change brusquement, le pas chanfreiné résiste à l’écoulement, et de grosses particules de quartz-sable érodent la zone du pas chanfreiné. De plus, l’alésage intérieur à cet endroit était irrégulier après le formage, et l’étape usinée variait en taille. Cela explique pourquoi certains Raccords pivotants ont été pénétrés tandis que d’autres ne l’ont pas été.
3. Mesures d’amélioration
Après avoir trouvé la cause profonde, le pas de chanfrein a été modifié à 10 degrés. Le chanfrein commençait à 10 mm de l’entrée du coude WN et était tenu éloigné autant que possible du virage à 90 degrés. Après l’adoption de ces mesures, le Raccords pivotants rotatif ne présentait plus de pénétration de l’évacuation.
4. Recommandations
1. Lors de la conception de composants de contrôle des fluides à haute pression, évitez les étapes de chanfrein autant que possible.
2. Lors des opérations pétrolifères de routine, les conduites de fluide à haute pression doivent être disposées avec le moins de courbes possible.
3. Si un pas de chanfrein doit être utilisé dans un composant de contrôle de fluide à haute pression, il doit être conçu avec un faible angle de chanfrein.
