Le choix des matériaux pour les outils de fond de puits est influencé par de multiples facteurs. Du point de vue des types d'outils de fond de puits :
Outils de forage, outils de journalisation etoutils de reconditionnementCes outils ont une courte durée de vie en fond de puits, ils nécessitent donc une grande résistance mais de faibles exigences en matière de résistance à la corrosion.
Outils de complétion : Ils doivent fonctionner en fond de puits pendant plusieurs années, il faut donc tenir compte de la température de fond de puits et de la résistance à la corrosion.
Du point de vue des environnements de fond de puits, ils sont généralement classés en quatre catégories :
Environnement standard (exempt de sulfure d'hydrogène (H₂S), avec une teneur en dioxyde de carbone (CO₂) inférieure à 1 psi [environ 0,0069 MPa]) ; environnement de corrosion H₂S ; environnement de corrosion CO₂ ; environnement de corrosion combiné H₂S et CO₂.
Sélection des matériaux pour les outils de fond de puits en environnements standard
Pour les outils de fond de puits utilisés en environnements standards, on choisit généralement des aciers alliés tels que les nuances 4130, 4140 et 4145 (normes AISI). La composition chimique et les résistances mécaniques de ces matériaux sont présentées dans les tableaux suivants :
1. Comparaison des compositions chimiques (fraction massique)
| Élément | 4130 (AISI) | 4140 (AISI) | 4145 (AISI 4145H) |
| Carbone (C) | 0,28-0,33% | 0,33-0,48% | 0,43-0,48% |
| Manganèse (Mn) | 0,40-0,60% | 0,75-1,00% | 0,75-1,00% |
| Chrome (Cr) | 0,80-1,10% | 0,80-1,10% | 0,80-1,10% |
| Molybdène (Mo) | 0,15-0,25% | 0,15-0,25% | 0,15-0,25% |
| Silicium (Si) | 0,15-0,35% | 0,15-0,35% | 0,15-0,35% |
| Soufre (S)/Phosphore (P) | ≤0,040 % (S), ≤0,035 % (P) | ≤0,030% (S), ≤0,030% (P) | ≤0,030% (S), ≤0,030% (P) |
2. Comparaison des résistances mécaniques
| Propriétés mécaniques | 4130 | 4140 | 4145 (Grade H, valeur typique) |
| Résistance à la traction | 760-871 MPa | 795-1000 MPa | 950-1100 MPa |
| Limite d'élasticité | ≥635 MPa | ≥610-750 MPa | ≥750 MPa |
| Élongation | ≥17% | ≥22% | ≥10% |
| Dureté (HRC) | 28-32 (après trempe et revenu) | 28-34 (après trempe et revenu) | 32-36 (après trempe et revenu) |
Comme on peut le constater dans les tableaux :
La teneur en carbone de ces matériaux augmente en séquence (4130 < 4140 < 4145), tandis que les teneurs des autres éléments sont similaires.
Propriétés mécaniques : La résistance est positivement corrélée à la teneur en carbone — l'alliage 4145 a la résistance la plus élevée — tandis que la ténacité diminue inversement, l'alliage 4130 ayant la ténacité la plus élevée.
4130, 4140 et 4145 sont des nuances de matériaux internationales, et leurs équivalents nationaux en Chine sont les suivants :
- 4130 (AISI) ≡ Qualité domestique 30CrMoA ;
- 4140 (AISI) ≡ Qualité domestique 42CrMo ;
- 4145H (AISI) ≡ Qualité domestique 45CrMo.
Les aciers 4130 et 4140 conviennent aux outils de complétion conventionnels, en mettant l'accent sur le rapport coût-efficacité et la soudabilité.
L'acier 4145H est souvent utilisé dans les outils de puits profonds, à haute pression ou à charge élevée (tels que les outils de forage et les outils de reconditionnement), la priorité étant donnée à la résistance et à la résistance à l'usure.
Sélection des matériaux pour les outils de complétion en environnements corrosifs
Pour les outils de complétion dans les environnements corrosifs, la sélection dépend principalement de la pression partielle des gaz acides (divisés en deux types : CO₂ et H₂S).
1. Puits à forte teneur en CO₂
Pour résister à la corrosion par le CO₂, la teneur en chrome (Cr) des matériaux doit être augmentée. Les matériaux suivants (classés par teneur en Cr) peuvent convenir aux puits présentant une pression partielle de CO₂ comprise entre 0,5 MPa et 14 MPa.:3Cr (teneur en Cr ≈ 3%), 9Cr1Mo (teneur en Cr ≈ 9%), 13Cr, S13Cr, 17Cr (grade S17400), 22Cr (par exemple, acier inoxydable duplex S32205) et acier 25Cr.
2. Puits à forte teneur en H₂S
Pour réduire la corrosion par fissuration sous contrainte due aux sulfures (SSC), il est nécessaire d'augmenter la teneur en nickel (Ni) des matériaux. Lorsque la pression partielle de H₂S dépasse 1 MPa et que la pression partielle de CO₂ est également élevée, il convient d'utiliser des alliages haute température tels que ceux mentionnés ci-dessous :
Sélection des matériaux pour les composants spéciaux
Principaux matériaux des outils de fond de puits (en contact avec le fluide du puits et les charges de roulement) : Sélectionnés conformément aux normes ci-dessus.
Composants de cisaillement : Généralement fabriqués en laiton H62 ou en acier inoxydable S36600.
Composants d'ancrage : choisis parmi les aciers 20CrMoTi ou 20CrMnTi. Pour améliorer la dureté superficielle, un traitement de cémentation (épaisseur de couche cémentée de 0,8 à 1,2 mm) est nécessaire, ce qui porte la dureté superficielle à HRC 58-62.
Autres facteurs influençant le choix des matériaux et les normes de référence
Outre les gaz acides, le choix des matériaux pour les tubages et les outils de fond de puits dépend également de la température de fond, de la teneur en eau, du degré de minéralisation et du pH. Pour des critères de sélection plus précis, veuillez consulter la norme industrielle Q/HS 14015 : Lignes directrices de conception pour la prévention de la corrosion des tubes et tubages dans les puits de pétrole et de gaz offshore.
Landrill fournit également des barres d'acier 41430, 4140 et 4145.
N'hésitez pas à vous renseigner.https://www.landrilloiltools.com/
Date de publication : 3 septembre 2025
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