EP0277065B1 - Non-magnetic manganese-chromium steel and tubular element of a drilling column made from this steel - Google Patents

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EP0277065B1
EP0277065B1 EP88400112A EP88400112A EP0277065B1 EP 0277065 B1 EP0277065 B1 EP 0277065B1 EP 88400112 A EP88400112 A EP 88400112A EP 88400112 A EP88400112 A EP 88400112A EP 0277065 B1 EP0277065 B1 EP 0277065B1
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magnetic
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Jean-Paul Houvion
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/38—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with more than 1.5% by weight of manganese

Definitions

  • Tubular elements of a drill string are known, such as drill collars, stabilizers or other measuring or control equipment which are made of non-magnetic steel. These elements must also resist stress corrosion in drilling muds which contain high proportions of chloride.
  • the corrosion tests were carried out in a solution whose composition approximates that of the most corrosive drilling mud encountered and used in drilling.
  • the tensile strength in the corrosive environment can be considered as a completely representative parameter of the corrosion resistance.
  • the test consists in subjecting a test piece to a rotary bending in the chloride solution mentioned above.
  • the rotation speed is 120 revolutions per minute.
  • a load equal to 75% of the elastic limit of the material is applied and, in a second series of tests, a load equal to 50% of this elastic limit. The number of cycles at break is noted each time.
  • drilling muds are generally at pH values between 10 and 12.
  • the conditions for forging the tubular parts as defined above correspond to a forging temperature of 680 to 650 ° C.
  • the forging operation is therefore adjusted as a function of the steel's ambient air cooling curve, to avoid forging in the critical precipitation zone.

Abstract

1. A non-magnetic manganese and chromium steel resistant to corrosion under stress in a chlorinated medium, characterized in that it comprises by weight at the most 0.06% carbon, 19-26% manganese, 7-13% chromium, about 0.3% nitrogen and 0.6% silicon and residual nickel and molybdenum contents lower than 0.2% and 0.1% respectively, the remainder being formed by iron, apart from the unavoidable impurities.

Description

L'invention concerne un acier amagnétique au manganèse et au chrome, résistant à la corrosion sous contrainte en milieu chloruré et un élément tubulaire d'une colonne de forage réalisé avec cet acier.The invention relates to a non-magnetic manganese and chromium steel, resistant to stress corrosion in a chlorinated medium and a tubular element of a drill string made with this steel.

On connaît des éléments tubulaires d'une colonne de forage, tels que des drill-collars, des stabilisateurs ou d'autres équipements de mesure ou de commande qui sont réalisés en acier amagnétique. Ces éléments doivent d'autre part résister à la corrosion sous contrainte dans les boues de forage qui renferment de fortes proportions de chlorure.Tubular elements of a drill string are known, such as drill collars, stabilizers or other measuring or control equipment which are made of non-magnetic steel. These elements must also resist stress corrosion in drilling muds which contain high proportions of chloride.

On utilise assez couramment, pour des applications dans le domaine du forage pétrolier, des aciers amagnétiques au nickel-chrome ou au chrome-nickel-manganèse. Cependant, les éléments réalisés en ces aciers qui sont sollicités d'une part en fatigue et d'autre part en corrosion par les boues de forage ne présentent pas une résistance suffisante à la corrosion sous contrainte, si bien que des ruptures de ces pièces interviennent, après une utilisation de plus ou moins longue durée dans le puits. Ces ruptures entraînent des arrêts d'exploitation et nécessitent des réparations extrêmement coûteuses.Rather nickel-chromium or chromium-nickel-manganese non-magnetic steels are commonly used for applications in the field of oil drilling. However, the elements produced in these steels which are stressed on the one hand in fatigue and on the other hand in corrosion by drilling muds do not have sufficient resistance to corrosion under stress, so that ruptures of these parts occur , after a use of more or less long duration in the well. These ruptures lead to downtime and require extremely expensive repairs.

L'exploitation de matériels de mesure et de commande dans la colonne de forage nécessite d'autre part l'utilisation d'aciers amagnétiques dont la perméabilité ne doit pas excéder 1,005 pour les éléments tubulaires supportant ces matériels. Les aciers utilisés pour la réalisation des éléments de la colonne de forage mentionnés ci-dessus doivent donc présenter une structure austénitique.The exploitation of measurement and control equipment in the drill string also requires the use of non-magnetic steels whose permeability must not exceed 1.005 for the tubular elements supporting these materials. The steels used to produce the elements of the drilling column mentioned above must therefore have an austenitic structure.

Lorsque de tels aciers austénitiques sont soumis à la corrosion sous tension, c'est-à-dire à des contraintes dans un milieu corrosif tel que la boue de forage fortement chargée en chlorure, leur résistance à cette forme de corrosion est principalement obtenue par le fait que ces aciers développent à leur surface une couche de passivation dont la composition résulte de l'interaction du milieu corrosif avec la surface de l'élément en acier dont la composition est choisie pour qu'on puisse obtenir une couche passive satisfaisante. Cependant, les microdéformations provoquées dans l'élément en acier par des contraintes mécaniques même relativement faibles, se traduisent par des glissements qui débouchent à la surface et entraînent une rupture mécanique de la couche passive, si bien qu'il apparaît des zones de la surface où le métal est mis à nu. La région ainsi dépassivée devient active et présente un potentiel anodique vis-à-vis du reste de la surface qui est restée passive.When such austenitic steels are subjected to corrosion under stress, that is to say to stresses in a corrosive medium such as drilling mud highly charged with chloride, their resistance to this form of corrosion is mainly obtained by the the fact that these steels develop a passivation layer on their surface, the composition of which results from the interaction of the corrosive medium with the surface of the steel element, the composition of which is chosen so that a satisfactory passive layer can be obtained. However, the microdeformations caused in the steel element by even relatively low mechanical stresses, result in slippages which lead to the surface and cause a mechanical rupture of the passive layer, so that areas of the surface appear where the metal is exposed. The region thus deactivated becomes active and presents an anodic potential with respect to the rest of the surface which has remained passive.

A la suite de cette dépassivation localisée, trois cas peuvent se présenter, en fonction de la nature du matériau consituant l'élément soumis à la corrosion sous contrainte.Following this localized depassivation, three cases may arise, depending on the nature of the material constituting the element subjected to corrosion under stress.

Si la vitesse de repassivation du matériau est très lente et en particulier beaucoup plus lente que la vitesse de dissolution anodique, la marche de glissement ayant fait apparaître une zone dépassivée est le point de départ d'une corrosion qui s'étend rapidement, de proche en proche, à toute la surface. La corrosion n'est donc plus localisée et le matériau est soumis à. une corrosion généralisée.If the speed of repassivation of the material is very slow and in particular much slower than the speed of anodic dissolution, the sliding step having revealed a passivated zone is the starting point of a corrosion which spreads quickly, from close close by, to the entire surface. Corrosion is therefore no longer localized and the material is subjected to. generalized corrosion.

Si la vitesse de repassivation du métal mis à nu est très rapide, et en particulier supérieure à la vitesse de dissolution anodique active, la couche passive se reforme immédiatement et aucune fissuration ne peut se produire. Cependant, une vitesse de repassivation suffisante ne peut être obtenue qu'en utili sant des alliages à très fortes teneurs en nickel, au moins égales à 35 %. De tels alliages sont insensibles à la corrosion sous contrainte, dans la plupart des milieux corrosifs habituels mais ne peuvent être utilisés de façon courante, pour des éléments d'une colonne de forage dont les dimensions sont généralement importantes, à cause de leur prix de revient trop élevé.If the repassivation speed of the exposed metal is very fast, and in particular higher than the active anodic dissolution speed, the passive layer is reformed immediately and no cracking can occur. However, a sufficient repassivation speed can only be obtained by using alloys with very high nickel contents, at least equal to 35%. Such alloys are insensitive to stress corrosion, in most usual corrosive environments but cannot be used routinely, for elements of a drill string whose dimensions are generally large, because of their cost price. too high.

Enfin, si la vitesse de dissolution anodique et la vitesse de repassivation du matériau sont analogues, la zone dépassivée reste localisée et se trouve ainsi stabilisée. La fissure qui a pris naissance dans cette zone peut cependant se propager et conduire à une rupture. Les aciers amagnétiques au nickel-chrome et au chrome-nickel-manganèse utilisés pour la réalisation des éléments d'une colonne de forage sont généralement détruits suivant ce processus.Finally, if the speed of anodic dissolution and the speed of repassivation of the material are similar, the passivated zone remains localized and is thus stabilized. The crack that originated in this area can however spread and lead to rupture. The non-magnetic nickel-chromium and chromium-nickel-manganese steels used to produce the elements of a drill string are generally destroyed according to this process.

En particulier, on utilise couramment, pour certains éléments d'une colonne de forage, un acier au chrome-nickel-manganèse dont la composition est la suivante (en masse %) : carbone < 0,07, manganèse = 18, chrome = 12, nickel = 2, molybdène = 0,5, azote = 0,3, silicium = 0,6, soufre < 0,005, phosphore < 0,035. La structure d'un tel acier est austénitique et ses caractéristiques mécaniques minimales obtenues après écrouissage à chaud aux environs de 700° sont les suivantes :

  • - limite élastique = 730 N/mm2,
  • - résitance à la rupture = 880 N/mm2,
  • - allongement à la rupture : 23%,
  • - Striction à la rupture = 50%
  • - KCV = 50 J.
In particular, chromium-nickel-manganese steel, the composition of which is as follows (in mass%), is commonly used for certain elements of a drill string: carbon <0.07, manganese = 18, chromium = 12 , nickel = 2, molybdenum = 0.5, nitrogen = 0.3, silicon = 0.6, sulfur <0.005, phosphorus <0.035. The structure of such a steel is austenitic and its minimum mechanical characteristics obtained after hot work hardening at around 700 ° are as follows:
  • - elastic limit = 730 N / mm 2 ,
  • - breaking strength = 880 N / mm 2 ,
  • - elongation at break: 23%,
  • - Strict at break = 50%
  • - KCV = 50 J.

Les éléments de colonnes de forage réalisés en cet acier, dont le comportement à la corrosion sous contrainte s'apparente au troisième type décrit ci-dessus, ont tendance à subir une fissuration pouvant aller jusqu'à la rupture complète, sous l'effet de la corrosion sous contrainte dans les conditions qui sont celles du forage en milieu chloruré.The elements of drill columns made of this steel, the behavior of which under stress corrosion is similar to the third type described above, tend to undergo cracking which can go as far as complete rupture, under the effect of stress corrosion under the conditions of drilling in a chlorinated medium.

Le but de l'invention est donc de proposer un acier amagnétique au manganèse et au chrome résistant à la corrosion sous contrainte en milieu chloruré qui permette de réaliser des éléments tubulaires pour colonnes de forage dont la susceptibilité à la fissuration et à la rupture soit nettement limitée.The object of the invention is therefore to propose a non-magnetic manganese and chromium steel resistant to stress corrosion under chlorinated medium which allows to produce tubular elements for drilling columns whose susceptibility to cracking and breakage is clearly limited.

Dans ce but, l'acier suivant l'invention comporte (en masse) :

  • - au plus 0,06% de carbone, de 19 à 26% de manganèse, de 7 à 13% de chrome, environ 0,3% d'azote et 0,6% de silicium et des teneurs résiduelles en nickel et molybdène, inférieures à 0,2% en ce qui concerne le nickel et à 0,1% en ce qui concerne le molybdène, le reste, à l'exception des impuretés inévitables, étant constitué par du fer.
For this purpose, the steel according to the invention comprises (by mass):
  • - at most 0.06% of carbon, from 19 to 26% of manganese, from 7 to 13% of chromium, approximately 0.3% of nitrogen and 0.6% silicon and residual nickel and molybdenum contents, less than 0.2% in the case of nickel and 0.1% in the case of molybdenum, the rest, with the exception of unavoidable impurities , being constituted by iron.

L'invention concerne également un élément tubulaire d'une colonne de forage réalisé en un acier suivant l'invention.The invention also relates to a tubular element of a drill string made of steel according to the invention.

Afin de bien faire comprendre l'invention, on va maintenant décrire, à titre d'exemples non limitatifs, deux types d'alliages suivant l'invention ainsi que les essais réalisés sur des échantillons en ces aciers et un mode d'élaboration d'éléments pour colonne de forage réalisés en acier suivant l'invention.In order to clearly understand the invention, we will now describe, by way of nonlimiting examples, two types of alloys according to the invention as well as the tests carried out on samples of these steels and a method of developing drilling column elements made of steel according to the invention.

La figure unique est un diagramme donnant la contrainte à la rupture en milieu chloruré d'aciers suivant l'invention et de l'acier suivant l'art antérieur.The single figure is a diagram giving the breaking stress in a chlorinated medium of steels according to the invention and of steel according to the prior art.

Exemple 1 :Example 1:

On a élaboré un acier dont la composition est la suivante (en masse %) :

  • carbone < 0,06, manganèse = 19,20, chrome = 12, azote = 0,3, silicium = 0,6, soufre < 0,005, phosphore < 0,035 nickel < 0,2, molybdène < 0,1, le solde pour arriver à 100 % étant constitué, à l'exception d'impuretés inévitables, par du fer.
A steel has been produced, the composition of which is as follows (in mass%):
  • carbon <0.06, manganese = 19.20, chromium = 12, nitrogen = 0.3, silicon = 0.6, sulfur <0.005, phosphorus <0.035 nickel <0.2, molybdenum <0.1, the balance for reaching 100% being made up, with the exception of unavoidable impurities, of iron.

La structure d'un tel acier est austénitique et ses caractéristiques mécaniques après écrouissage à chaud aux environs de 700°C sont équivalentes à celles de l'acier suivant l'art antérieur décrit ci-dessus.The structure of such a steel is austenitic and its mechanical characteristics after hot work hardening at around 700 ° C. are equivalent to those of steel according to the prior art described above.

La perméabilité magnétique de l'acier, inférieure à 1005, satisfait d'autre part les exigences en ce qui concerne son utilisation pour des supports de dispositifs de mesure et de commande pour colonnes de forage.The magnetic permeability of the steel, less than 1005, on the other hand satisfies the requirements with regard to its use for supports for measurement and control devices for drilling columns.

L'acier suivant l'invention, de manière tout-à-fait surprenante, présente une très bonne tenue à la corrosion sous contrainte, ainsi qu'il sera montré plus loin, bien qu'il ne renferme pas d'éléments passivants tels que le nickel et le molybdène, en des teneurs significatives.The steel according to the invention, quite surprisingly, has very good resistance to stress corrosion, as will be shown later, although it does not contain passivating elements such as nickel and molybdenum, in significant contents.

Jusqu'ici, pour augmenter la tenue à la corrosion sous contrainte de tels aciers amagnétiques au manganèse et au chrome, on cherchait à augmenter la teneur en éléments passivants tels que le nickel, le molybdène et le chrome, dans des limites permises en fonction d'un prix de vente acceptable de l'acier.Hitherto, in order to increase the resistance to corrosion under stress of such non-magnetic manganese and chromium steels, it has been sought to increase the content of passivating elements such as nickel, molybdenum and chromium, within permitted limits depending on '' an acceptable steel selling price.

Dans le cas de l'acier suivant l'invention, les éléments passivants nickel et molybdène ont été complètement supprimés, et l'élément passivant chrome a été maintenu à une valeur proche de sa valeur habituelle.In the case of the steel according to the invention, the passivating elements nickel and molybdenum have been completely eliminated, and the passivating element chromium has been maintained at a value close to its usual value.

Exempte 2 :Example 2:

On a élaboré un second acier dont la composition est la suivante (en masse %) :

  • carbone < 0,06, manganèse = 25, chrome = 8, azote = 0,3, silicium = 0,70, soufre < 0,005, phosphore < 0,035.
A second steel was produced, the composition of which is as follows (in mass%):
  • carbon <0.06, manganese = 25, chromium = 8, nitrogen = 0.3, silicon = 0.70, sulfur <0.005, phosphorus <0.035.

Comme dans l'acier de l'exemple 1, le nickel et le molybdène sont maintenus à l'état d'éléments résiduels.As in the steel of Example 1, nickel and molybdenum are maintained in the state of residual elements.

Dans le cas de cet acier selon l'exemple 2, non seulement les éléments passivants nickel et molybdène one été supprimés mais encore le chrome a été abaissé à une teneur très inférieure à la teneur habituelle.In the case of this steel according to Example 2, not only were the passivating elements nickel and molybdenum removed, but also the chromium was lowered to a content much lower than the usual content.

Pour obtenir une structure satisfaisante et donc des propriétés magnétiques convenables de l'acier, il est nécessaire de respecter certaines relations entre ces principaux éléments d'alliage.To obtain a satisfactory structure and therefore suitable magnetic properties of steel, it is necessary to respect certain relationships between these main alloying elements.

Dans le cas des aciers suivant l'invention, les teneurs en carbone, azote, silicium, manganèse et chrome (en masse %) doivent satisfaire les relations suivants :

  • A = 497 - 462 (C + N) - 9,2 Si - 8,1 Mn - 13,7 Cr, avec A < 15.
In the case of steels according to the invention, the carbon, nitrogen, silicon, manganese and chromium contents (in mass%) must satisfy the following relationships:
  • A = 497-4 62 (C + N) - 9, 2 S i - 8, 1 Mn - 13.7 Cr, with A <15.

Essais de corrosionCorrosion tests

On a effectué des essais de corrosion sous contrainte sur des éprouvettes en acier suivant l'art antérieur dont la composition est donnée ci-dessus, en acier suivant l'exemple 1 et en acier suivant l'exemple 2 de l'invention.Stress corrosion tests were carried out on steel test pieces according to the prior art, the composition of which is given above, in steel according to example 1 and in steel according to example 2 of the invention.

Les essais de corrosion ont été réalisés dans une solution dont la composition se rapproche de celle de la boue de forage la plus corrosive rencontrée et utilisée en forage.The corrosion tests were carried out in a solution whose composition approximates that of the most corrosive drilling mud encountered and used in drilling.

Les teneurs en chlorure d'une telle boue de forage sont les suivantes :

  • MgC12 310 g/I
  • NaCl 110 g/I.
  • turée en oxygène par bullage d'air pour ne pas bloquer le processus cathodique.
The chloride contents of such drilling mud are as follows:
  • MgC12 310 g / I
  • NaCl 110 g / I.
  • oxygenated by bubbling air so as not to block the cathodic process.

On a réalisé trois types d'essais.

  • -1°/ des essais à charge constante.
  • - 2°1 des essais en traction lente.
  • - 3°/ des essais de fatigue corrosion.
Three types of tests were performed.
  • -1 ° / constant load tests.
  • - 2 ° 1 of the slow traction tests.
  • - 3 ° / corrosion fatigue tests.

1°/ Essais à charge constante :1 ° / Constant load tests:

Pour chacune des nuances d'acier faisant l'objet des essais, on prépare une éprouvette de traction conforme à la norme NACE TM 01-77 et on immerge cette éprouvette dans la solution corrosive maintenue à 110°C. On applique successivement à ces éprouvettes une charge correspondant à 90, 75 et 50% de la limite élastique et on note le temps de rupture dans ces conditions. Les résultats de l'essai sont présentés dans le tableau I ci-dessous.

Figure imgb0001
For each of the steel grades being tested, a tensile test piece is prepared in accordance with standard NACE TM 01-77 and this test piece is immersed in the corrosive solution maintained at 110 ° C. These test pieces are applied successively a load corresponding to 90, 75 and 50% of the elastic limit and the failure time is noted under these conditions. The results of the test are shown in Table I below.
Figure imgb0001

Il apparaît donc que les nuances d'acier suivant l'invention présentent de façon tout-à-fait inattendue une résistance à la corrosion sous contrainte très supérieure à celle de la nuance selon l'art antérieur.It therefore appears that the steel grades according to the invention have, quite unexpectedly, resistance to corrosion under stress very much higher than that of the grade according to the prior art.

De manière encore plus inattendue, la nuance correspondant à l'exemple 2 à faible chrome présente les meilleures caractéristiques de résistance à la corrosion.Even more unexpectedly, the shade corresponding to Example 2 with low chromium exhibits the best corrosion resistance characteristics.

2°/ Essais en traction lente :2 ° / Slow traction tests:

La vitesse de déformation lors de l'essai est maintenue à une valeur égale à :

  • 1 x 10 -7 Δ UL sec-1,
  • avec Δ UL = allongement relatif de l'éprouvette lors de l'essai.
The rate of deformation during the test is maintained at a value equal to:
  • 1 x 1 0 - 7 Δ UL sec-1,
  • with Δ UL = relative elongation of the test piece during the test.

Les résultats des essais pour la nuance selon l'art antérieur et pour les nuances selon l'invention des exemples 1 et 2 sont donnés sur la Figure annexée, sous forme d'un histogramme représentant, de façon comparative, les contraintes à la rupture en traction lente des éprouvettes.The results of the tests for the grade according to the prior art and for the grades according to the invention of Examples 1 and 2 are given in the appended Figure, in the form of a histogram representing, in a comparative manner, the stresses at break in slow traction of test pieces.

On voit que les nuances suivant l'invention présentent des caractéristiques de tenue comparables, dans les conditions de l'essai, ces caractéristiques étant très supérieures à celles de la nuance selon l'art antérieur.It can be seen that the grades according to the invention have comparable characteristics of resistance, under the conditions of the test, these characteristics being much superior to those of the grade according to the prior art.

De plus, l'essai permet de déterminer de façon quantitative l'action de la corrosion sous contrainte, par comparaison de la résistance à la traction dans le milieu corrosif et dans l'air, cette résistance dans l'air étant obtenue par l'essai de traction habituel.Furthermore, the test makes it possible to quantitatively determine the action of corrosion under stress, by comparison of the tensile strength in the corrosive medium and in air, this resistance in air being obtained by usual tensile test.

La résistance à la traction dans le milieu corrosif peut être considérée comme un paramètre tout-à-fait représentatif de la résistance à la corrosion.The tensile strength in the corrosive environment can be considered as a completely representative parameter of the corrosion resistance.

3°/ Essai de fatigue corrosion :3 ° / Corrosion fatigue test:

L'essai consiste à soumettre une éprouvette à une flexion rotative dans la solution de chlorure mentionnée ci-dessus. La vitesse de rotation est de 120 tours par minute. Dans une première série d'essais, on applique une charge égale à 75% de la limite élastique du matériau et, dans une deuxième série d'essais, une charge égale à 50% de cette limite élastique. On note à chaque fois le nombre de cycles à la rupture.The test consists in subjecting a test piece to a rotary bending in the chloride solution mentioned above. The rotation speed is 120 revolutions per minute. In a first series of tests, a load equal to 75% of the elastic limit of the material is applied and, in a second series of tests, a load equal to 50% of this elastic limit. The number of cycles at break is noted each time.

Les résultats d'essais, pour chacune des séries de mesure et pour la nuance selon l'art antérieur et les deux nuances suivant l'invention sont donnés aux tableaux Il et III, respectivement.

Figure imgb0002
Figure imgb0003
 The test results, for each of the measurement series and for the grade according to the prior art and the two grades according to the invention are given in Tables II and III, respectively.
Figure imgb0002
Figure imgb0003

Les essais montrent que les nuances suivant l'invention ont une tenue très supérieure à la nuance selon l'art antérieur, pour une sollicitation en fatigue corrosion, dans un milieu chloruré.The tests show that the grades according to the invention have a much higher resistance than the grade according to the prior art, for stress fatigue corrosion, in a chlorinated medium.

Les essais montrent également que la seconde nuance suivant l'invention, à faible chrome, présente des caractéristiques un peu supérieures à celles de la première nuance à plus fort chrome, lors des essais en fatigue corrosion.The tests also show that the second shade according to the invention, with low chromium, has characteristics slightly superior to those of the first shade with stronger chromium, during the fatigue corrosion tests.

40/ Traitement et mise en forme de pièces tubulaires pour colonne de forage.4 0 / Processing and shaping of tubular parts for a drill stand.

Les deux nuances selon l'invention ont été utilisées pour l'élaboration de pièces tubulaires pour colonnes de forage et en particulier pour la fabrication de drill-collars. Ces pièces tubulaires ont une grande longueur (9 à 10 mètres) et présentent des filetages de raccordement à chacune de leurs extrémités.The two grades according to the invention were used for the production of tubular parts for drill columns and in particular for the manufacture of drill collars. These tubular parts have a long length (9 to 10 meters) and have connecting threads at each of their ends.

Des caractéristiques mécaniques des aciers selon l'invention au moins équivalentes aux caractéristiques mécaniques des aciers selon l'art antérieur sont obtenues par écrouissage à chaud à une température comprise entre 700 et 800°C, avec un taux d'écrouissage de 20 à 30%. La température de forgeage des produits tubulaires est choisie de façon à se situer, par rapport à la courbe de précipitation dans l'acier, dans une zone correspondant au "nez de précipitation".Mechanical characteristics of the steels according to the invention at least equivalent to the mechanical characteristics of the steels according to the prior art are obtained by hot work hardening at a temperature between 700 and 800 ° C, with a work hardening rate of 20 to 30% . The forging temperature of the tubular products is chosen so as to be situated, relative to the precipitation curve in the steel, in a zone corresponding to the "precipitation nose".

On évite ainsi une précipitation grossière de carbonitrures aux joints de grains qui pourrait entraîner un mécanisme de fissuration intergranulaire.This avoids a rough precipitation of carbonitrides at the grain boundaries which could cause an intergranular cracking mechanism.

Au cours des essais, dans des boues de forage dont le pH est compris entre 6 et 8, on n'a pas observé ce type de fissuration. En outre, les boues de forage sont généralement à des pH compris entre 10 et 12.During the tests, in drilling mud with a pH between 6 and 8, this type of cracking was not observed. In addition, drilling muds are generally at pH values between 10 and 12.

Les conditions du forgeage des pièces tubulaires telles qu'elles ont été définies plus haut correspondent à une température de forgeage de 680 à 650°C.The conditions for forging the tubular parts as defined above correspond to a forging temperature of 680 to 650 ° C.

Il s'est avéré impossible de maintenir la température du produit à 680°C pendant toute opération de forgeage et de maintenir cette température constante sur toute la longueur du produit.It has proved impossible to maintain the temperature of the product at 680 ° C. during any forging operation and to keep this temperature constant over the entire length of the product.

On a donc mis au point une technique originale de forgeage pour les pièces tubulaires de grandes longueurs en acier selon l'invention. Cette technique consiste à forger tout d'abord le milieu de la barre à une température correspondant à un point situé au-dessus de la zone de précipitation ; cette température est supérieure à 830°C. On définit le taux d'écrouissage pour obtenir à cette température de forgeage les caractéristiques mécaniques requises, puis on finit de forger la barre à ses extrémités (sur une longueur d'environ 1,5 mètre) à une température correspondant à un point situé en-dessous de la zone de précipitation.An original forging technique has therefore been developed for tubular pieces of long lengths of steel according to the invention. This technique consists in first forging the middle of the bar at a temperature corresponding to a point located above the precipitation zone; this temperature is greater than 830 ° C. The work hardening rate is defined to obtain the required mechanical characteristics at this forging temperature, then the bar is finished forging at its ends (over a length of about 1.5 meters) at a temperature corresponding to a point below the precipitation zone.

L'opération de forgeage est donc réglée en fonction de la courbe de refroidissement à l'air ambiant de l'acier, pour éviter de forger dans la zone critique de précipitation.The forging operation is therefore adjusted as a function of the steel's ambient air cooling curve, to avoid forging in the critical precipitation zone.

On obtient ainsi un élément tubulaire de grande longueur pour colonne de forage présentant des caractéristiques mécaniques satisfaisantes, une bonne résistance à la fissuration intergranulaire et, de manière générale, une très bonne résistance à la corrosion dans les boues de forage chlorurées.There is thus obtained a very long tubular element for a drill string having satisfactory mechanical characteristics, good resistance to intergranular cracking and, in general, very good resistance to corrosion in chlorinated drilling muds.

L'invention ne se limite pas aux deux nuances qui ont été décrites ci-dessus et, en particulier, les teneurs en manganèse et en chrome de l'acier suivant l'invention peuvent être différentes des teneurs mentionnées ci-dessus. Toutefois, pour obtenir des propriétés satisfaisantes de l'acier, la teneur en manganèse doit être supérieure ou égale à 19 % et inférieure ou égale à 26 % ; de même, la teneur en chrome doit être supérieure ou égale à 7 % et inférieure ou égale à 13 %. Pour les teneurs en chrome se situant vers la limite inférieure du domaine de composition, la corrosion localisée, par exemple sous l'effet de sollicitations alternées, n'apparaît plus et seule la corrosion généralisée de l'acier peut être observée.The invention is not limited to the two grades which have been described above and, in particular, the manganese and chromium contents of the steel according to the invention may be different from the contents mentioned above. However, to obtain satisfactory properties of the steel, the manganese content must be greater than or equal to 19% and less than or equal to 26%; likewise, the chromium content must be greater than or equal to 7% and less than or equal to 13%. For chromium contents situated towards the lower limit of the composition range, localized corrosion, for example under the effect of alternating stresses, no longer appears and only generalized corrosion of the steel can be observed.

Claims (7)

1. A non-magnetic manganese and chromium steel resistant to corrosion under stress in a chlorinated medium, characterized in that it comprises by weight at the most 0.06% carbon, 19-26% manganese, 7-13% chromium, about 0.3% nitrogen and 0.6% silicon and residual nickel and molybdenum contents lower than 0.2% and 0.1% respectively, the remainder being formed by iron, apart from the unavoidable impurities.
2. A non-magnetic steel according to claim 1, characterized in that it contains by weight almost 19.2% manganese and 12% chromium.
3. A non-magnetic steel according to claim 1, characterized in that it contains by weight almost 25% manganese and 8% chromium.
4. A non-magnetic steel according to one of claims 2 and 3, characterized in that it contains less than 0.005% sulphur and 0.035% phosphorus.
5. A non-magnetic steel according to claim 1, characterized in that its carbon (C), nitrogen (N), silicon (Si), manganese (Mn) and chromium (Cr) contents are such as to respect the following relation: 497 - 462(C+N) - 9.2 Si - 8.1 Mn -13.7 Cr < 15.
6. A tubular element for a drilling column, characterized in that it is made from a steel comprising by weight at the most 0.06% carbon, 19-26% manganese, 7-13% chromium, about 0.3% nitrogen and 0.6% silicon and residual nickel and molybdenum contents lower than 0.2% and 0.1% respectively, the remainder being formed by iron, apart from the unavoidable impurities.
7. A very long tubular element according to claim 6, of the order of 10 metres, characterized in that it is obtained by a bar forging operation consisting in forging in a first stage the central portion of the bar at a temperature above the zone of precipitation in the steel, and in forging in a second stage the ends of the bar at a temperature below the zone of precipitation in the steel.
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