La panne qui ressemble à trois problèmes distincts, mais qui n'en est pas un : à l'intérieur de la zone de corrosion la plus critique de la tige de forage
Demandez à un foreur pourquoi un joint de tuyau a cédé, et vous obtiendrez l'une de ces trois réponses : il s'est fissuré, il a cédé sous l'effet de l'eau, ou il s'est rompu. Trois descriptions différentes. Trois images mentales différentes. Trois pistes de dépannage différentes.
Voici ce que personne ne vous dit avant l'analyse métallurgique : ces trois types de défaillances sont en réalité une seule et même défaillance. Un seul mécanisme, trois manifestations différentes. Et selon une étude de la division des produits tubulaires de la China National Petroleum Corporation, ce mécanisme est responsable de 70 % des défaillances de trains de tiges de forage.
Emplacement : là où la canalisation change de forme
Chaque tige de forage présente un rétrécissement interne, une section épaissie à chaque extrémité où le corps du tube se raccorde à l'outil. Le diamètre intérieur diminue par une transition conique. C'est à ce niveau que réside le problème.
Pourquoi à cet endroit précis ? Pour deux raisons. Premièrement, il s’agit d’une discontinuité géométrique. La section transversale change, la rigidité change et les contraintes se concentrent à cet endroit. Sous l’effet combiné du forage (traction axiale, flexion, vibration de torsion), la zone de transition subit la contrainte locale la plus élevée de tout l’assemblage.
Deuxièmement, il s'agit d'une discontinuité d'écoulement. Le fluide de forage accélère en passant par le diamètre intérieur plus étroit, et l'écoulement devient turbulent précisément à la transition. Cet écoulement turbulent érode la surface. Tout revêtement protecteur, tout film inhibiteur de corrosion, est éliminé le plus rapidement là où la surface est déjà la plus vulnérable.
Aspect : fissure, décollement ou séparation
La défaillance se manifeste de trois manières, mais la séquence est toujours la même.
Première étape : la fissure.Tout commence au fond d'une piqûre – une minuscule piqûre de corrosion sur la surface interne, juste à la jonction. Cette piqûre concentre les contraintes. Sous l'effet de charges cycliques, une fissure de fatigue s'amorce au fond de la piqûre et se propage. À ce stade, le tuyau paraît intact de l'extérieur. Seule une inspection interne permet de déceler la fissure.
Deuxième étape : le lessivage.La fissure traverse la paroi. La boue de forage, sous une pression de plusieurs milliers de PSI, s'y infiltre. Le flux de boue dans l'étroite fissure est extrêmement rapide, suffisamment pour éroder ses parois et l'élargir en un trou. C'est ce que les opérateurs observent : une fuite ponctuelle qui apparaît soudainement et s'agrandit sous leurs yeux, tandis que le manomètre indique la pression.
Troisième étape : la séparation.Plusieurs trous d'érosion sont reliés. L'acier restant entre eux ne peut supporter la charge. La tuyauterie se fragmente. Un joint qui semblait correct sur le dernier raccordement est maintenant en deux morceaux, dont l'un se trouve au fond du puits.
L'idée essentielle : lorsqu'on constate une érosion, la fissure était déjà présente. Et cette fissure a pris naissance dans une cavité qui était elle-même un point de corrosion apparu lorsque le tuyau a été mis hors service humide.
La cause première : la corrosion qui se produit dans le rack
Voici ce qui surprend : la corrosion qui finit par rompre un tube de forage ne se produit généralement pas pendant le forage, mais lorsqu'il est entreposé sur le support entre deux opérations.
Lorsqu'un joint sort du puits, son intérieur est recouvert de boue de forage et de fluide de formation. Ces résidus sont corrosifs : chlorures, sulfures, acides organiques, oxygène dissous. Si le tuyau est directement inséré dans le support sans nettoyage, ces résidus s'accumulent dans le puits. Ils sèchent, se concentrent et attaquent l'acier.
La surface interne au niveau de la jonction est particulièrement vulnérable car le revêtement interne – s'il y en a un – y est généralement déjà mince, voire absent, ayant été érodé par les turbulences lors du forage. L'acier nu, recouvert de résidus corrosifs et exposé à l'oxygène, constitue un circuit de corrosion ouvert. Ce processus ne s'arrête que lorsque le tuyau est remis en place, moment où la corrosion par piqûres a déjà commencé.
La prévention qui fonctionne
Il est impossible d'éliminer la concentration de contraintes au niveau de la zone de transition perturbée ; elle est inhérente à la conception du tuyau. De même, il est impossible d'éliminer le risque de corrosion lié au fluide de forage ; il est inhérent au procédé. En revanche, il est possible de s'assurer que le tuyau est stocké propre et sec.
La procédure est simple, mais rarement suivie à la lettre : rincer l’intérieur du tuyau avant de le ranger. Rincer à l’eau claire pour éliminer les résidus de fluide de forage. Ensuite, sécher à l’air comprimé jusqu’à ce qu’il n’y ait plus d’eau. Pour un stockage de longue durée, appliquer une couche d’huile de protection à l’intérieur. Boucher les extrémités.
Les tuyaux stockés propres et secs ne présentent pas de piqûres qui se transforment en fissures, puis en érosion et enfin en rupture. Les tuyaux stockés sales et humides sont, quant à eux, prédisposés à leur propre défaillance.
La détection
Une fois une canalisation en service, la corrosion interne par piqûres au niveau de la zone de transition ne peut être détectée que par inspection. Une inspection externe standard ne permet pas de la déceler, car les dommages se situent à l'intérieur de la canalisation. L'inspection par fuite de flux magnétique (MFL) détecte l'érosion de paroi due à la corrosion par piqûres. L'inspection électromagnétique détecte les fissures. Aucune de ces méthodes n'est parfaite dans la zone de transition, c'est pourquoi les programmes d'inspection utilisent généralement plusieurs méthodes et planifient les inspections internes en fonction des heures de service plutôt que de l'aspect visuel.
La canalisation qui paraissait en bon état de l'extérieur et au niveau de la zone de transition n'était pas une défaillance mystérieuse. Il s'agissait d'une corrosion qui s'était développée pendant des mois, invisible à quiconque n'y prêtait pas attention.
Le tableau d'ensemble
70 % des ruptures de train de tiges de forage sont dues à un seul endroit, un seul mécanisme et une seule cause évitable. Fissures, érosions et ruptures : autant d'événements qui se répètent, exprimés différemment. Tout commence avec un train de tiges humide dans un support et se termine par une opération de repêchage et un forage perdu.
La solution ne réside pas dans une meilleure qualité de tuyauterie ni dans un programme d'inspection plus rigoureux, même si ces deux éléments sont utiles. La solution consiste à adopter des pratiques de stockage rigoureuses qui tiennent compte de l'état intérieur de la tuyauterie autant que de son extérieur, et plus particulièrement de la zone de transition. Nettoyez-la. Séchez-la. Protégez-la. La tuyauterie fera le reste.
