FR2515777A1 - Structure tubulaire metallique avec une resistance amelioree a l'ecrasement, et son procede de fabrication - Google Patents

Abstract

STRUCTURE TUBULAIRE METALLIQUE AVEC UNE RESISTANCE AMELIOREE A L'ECRASEMENT, ET SON PROCEDE DE FABRICATION. LA STRUCTURE METALLIQUE TUBULAIRE, NOTAMMENT UN TUBE DE PUITS DE PETROLE, A SA RESISTANCE A L'ECRASEMENT AMELIOREE PAR LE FAIT QU'UNE CONTRAINTE RESIDUELLE DE TENSION CIRCONFERENTIELLE EST MAINTENUE A SA SURFACE PERIPHERIQUE INTERIEURE, CETTE CONTRAINTE RESIDUELLE SE SITUANT ENTRE 0 ET 15 DE LA LIMITE ELASTIQUE DE LA STRUCTURE. UN TUBE D'ACIER 1 EST REFROIDI PAR UN DISPOSITIF COMPORTANT DES BUSES 3 DE REFROIDISSEMENT PAR L'EAU ENTOURANT LE TUBE D'ACIER 1 QUI EST DEPLACE DANS LA DIRECTION AXIALE, UN THERMOMETRE 4 QUI DETECTE LA TEMPERATURE DU TUBE D'ACIER 1, UN INDICATEUR DE VITESSE 5, UN PROCESSEUR 6 ET UNE ELECTRO-VANNE 7 DONT LE DEGRE D'OUVERTURE EST COMMANDE PAR LE PROCESSEUR 6.

Description

La présente invention, concerne une structure tubu-

1 lire métal lique a yant une résistance am Lnéliorée à Il'éra-

sement, ains 4 i qu' un Pro url ac'r AU cours de la pé tedese;rîpion "résistance à 1 'éc:casement" cst, Ut iiilst* Pouxr désigner l a résistance d'une structure tuwulaire Conti 7 e 1 c mn sous l'effet d'une pression extérieture appliqué e à cette structure La structure tubulaire à laquelle, l'invention

s' applique comprend diff 4 rents élérments aya Lt générale-

ment une forme tubulaire, iparticulièreînent des tuyaux,

des tubes et des manxchons utilisés dans des puits de pé-

trole. L'épuisement actuel des ressources en pétrole et

en gaz naturel à développé une tendance àltapprof'cndis-

sementdes puits de pétrc>le et de gaz, ce qui 'L Ord à ug menter la présence d'acide -srlf"hydrijque dans lp&rle ot le gaz produit Il est donc nécessaire que les -,bs 'i lisés dans ces plats aient une rêsistaae ur:evà

1 l'écrasement ainsi qu' une grander caeà la c Qrro 3-

sion.

Mais la r 4 sisac à la corroï:ilon Lot laras Gn ce à 1 'écrasement sont généralcmient considérées *-cri compatibles entre elles Plus patcermnt

tance à l'écrasement peut 9 treo accrue par une aiigorâta-.

tion de la limrite élastique, par amélioration de la ma-

tière, c'est-à-dire par un choix des constituante et un traitement" thermique, mais l'augmentation de la limite élastique n'est rien d'autre qu'un accroissement de la

résistance à la traction qui est ixr&vitablement accompag-

née d'une dégradation de la résistance à la corrosion.

Il y a donc une limite pratique à l' augmentation de la résistance à l'écrasement par le choix des matières at par conséquent# l'amélioration de la matière ne peut à

elle-seule constituer une mesure effective pour améliorer-

la résistance à l'écrasement des tubes utilisés dans

des puits de pétrole ou de gaz.

Dans le but d'obtenir des tubes destinés à des puits de pétrole, utilisables dans ces conditions sévères, il est nécessaire d'accrottre la résistance

à l'écrasement indépendamment de la résistance à la cor-

rosion A cet effet, différents procédés ont été propo-

sées qui sont indiqués ci-après: 1) effectuer un traitement de contraction sur le tube, 2) supprimer l'opération de dressage, 3) effectuer l'opération de dressage à chaud 4) effectuer un refroidissement à l'eau

après la trempe.

Mais-les procédés ci-dessus présentent leurs

propres inconvénients.

Par exemple, le procédé ( 1) soulève le pro-

blème suivant Le traitement par contraction est effec-

tué pour augmenter seulement la limite élastique cir-

conférentisetle qui contribue directement à l'augmentation

de la résistance à l'écrasement, tout en maintenant in-

changée la résistance à la traction Le problème résulte

de l'utilisation d'un dispositif spécifique de contrac-

tion Autrement dit, le dispositif de contraction com-

porte plusieurs segments circonférentiels Il est très

difficile d'obtenir un contact uniforme des segments cir-

conférentiels sur toute la périphérie du tube d'acier et

par conséquent, le taux d'agumentation de la limite élas-

tique varie sur la circonf 6 rence du tube d'acier Il n'est donc pas possible avec ce procédé d'obtenir une amélioration stable est effective de la résistance à

1 ' écrasement.

Le procédé ( 2) mentionné ci-dessus est basé

sur le fait qu'une réduction de la résistance à l'écrase-

ment est souvent due à une contrainte résiduelle en com-

pression de la surface périphérique intérieure du tube d'acier due à un dressage effectué comme phase finale

de l'opération de fabrication du tube Si cette opé-

ration de dressage est supprimée, il est nécessafre

d'exécuter les opérations précédentes avec une pré-

cision tellement grande qu'elle est impraticable En fait, il est très difficile de produire les tubes

d'acier répondant aux conditions de précision des uti-

lisateurs sans 1 'opération de dressage, particulière-

ment quand iv diamètre du tube estréduito

Le procédé ( 3) a pour but d 8 êliminer la pro-

duction de la contrainte résiduelle précitée en bffec-

tuant le dressage à une température 4 levée Ce procé-

dé ne pose aucun problème substantiel maiss comme dans le cas du procédé ( 2) préoité, l'élimination de la contrainte résiduelle n'est pas une mesure positive et ne peut pas avoir un effet suffisant en ello-mûme, Le procédé ( 4) a ëté proposé dans la demande de Brevet Japonais N 38 424/1981 Ce procédé est basd sur l'idée technique que la résistance à lcrazemeat

peut Otre accrue en imprimant une contrainte résiduel-

le en tension d' une valeur supérieure à 195 N/mm 2 mais

inférieure à la limite élastique de la surface, périph-

rique intérieure, cette contrainte résiduelle en ten-

sion pouvant $tre obtenue par un refroidissement à l'eau après la trompe Mais ce procédé antérieur ne montre pas clairement la relation entre les conditions de refroidissement à l'eau et la valeur do la contrainte résiduelle Ce procédé ( 4) ne peut donc être considéré comme un procédé établi permettant d'améliorer defaçon

stable la résistance à l'écrasement dt'un tube d'acier.

Il faut noter en outre que l'idée concernant la relation entre la résistance à l'écrasement et la contrainte résiduelle en tension est incorrecte comme

cela ressortira de la brève explication qui va suivre.

En résumé, l'idée technique précitée nécessite la sup-

position ou la base que l'écrasement d'un tube sous

l'effet de l'application d'une force extérieure commen-

ce par la face intérieure du tube Cette supposition

ne répond pas toujours au cas réel Autrement dit, lors-

que une contrainte résiduelle est préalablement dévelop-

pée dans la direction circonférentielle du tube d'acier, l'écrasement ne commence pas toujours par la surface intérieure du tube mais dans certains cas, il commence parla surface extérieure du tube quand la contrainte résiduelle circonférentielle de la surface périphérique

intérieure du tube dépasse une certaine valeur La suppo-.

sition précitée ne peut en aucune manière s'appliquer à

ce cas Il est possible d'affirmer que cette idée tech-

nique est une théorie dénuée de sens qui ne peut en

aucune manière apporter un effet stable.

Ainsi, tous les procédes proposés jusqu'à pré-

sent pour améliorer la résistance à l'écrasement indépen-

damment de la résistance à la corrosion sont imparfaits

et non satisfaisants.

Un objet de l'invention est donc de proposer une structure tubulaire métallique avec une résistance

améliorée à l t'écrasement ainsi qu'un procédé de fabrica-

tion de cette structure tubulaire, compte tenu des con-

ditions expliquées ci-dessus en regard de la technique antérieure. Un autre objet de l'invention est de proposer

une structure tubulaire métallique dans laquelle la ré-

sistance à l'écrasement est améliorée sans être accompa-

gnée d'une détérioration de la résistance à la corrosion,

ainsi qu'un procédé pour la fabriquer.

Un autre objet encore de l'invention est de pro-

poser une structure tubulaire métallique, particulière-

ment un tube d'acier, qui convient pour ttre utilisée dans des conditions sévères y compris en présence d'acide

sulfhydriquecommedans des puits profonds, ainsi qu'uy pro-

cédé pour la fabriquer.

A cet effet, l'invention concerne donc une

structure tubulaire métallique avec une résistance amé-

liorée à l'écrasement, qui se caractérise par le fait qu'une contrainte résiduelle en tension circonférentielle est laissée à sa surface périphérique intérieure, cette contrainte résiduelle se situant entre O et 15 pour

cent de la limite élastique de la structure tubulaire.

De préférence, la contrainte résiduelle en tien-

sioni se situe entre 4 et 10 pour cent de la limite élas-

tique. Selon ur itepec b, Vî nvention concernune stnre c ture tubulaire méLalliquc ral; d'une iuatii&cc chiiis dans le groupe coîmprerian; 1 ' acier ordinaire, des avcîers

alliés, l'acier inoxydablo et des alliages de fer-:nioka 1-

chr 5 me.

Selon tun autre aspect de Vnenin la con-

trainte résiduelle en t-ension circonférenti elle est Im-

primée a la surface périphérique inférieure de, laetr Qc-

ture tubulaire par un refroidissement mnifoxvte de la tstr Lo-

ture tubulaire chauffée, par la face extérieure de la structure.

Selon un autre aspect de l'invention, le refroi-

dissement est commencé à une température qui est Linfé-

rueure à (Q-/E + 172)O 0.

y Selon un autre aspect encore de Iltinventicr,, le refroidissement est effectué en appl Ouant n l'eau de refroidi ssement sur la surfa-ze latÉéraleexé

rieure de la structure tublire avae, un déb:t 7 i quei sa-

tisfait la condition ci-apre Zs, tout uni avangant ariale-

ment la structure tubulaire.

i,1 2 P,, îï Ol 2)2 O-12 v t 2 B001 711 W' O t,, -2 l 3 O o W: t:

D:

VY: B: T:

-

B: débit d'arrivée d'eau de refroidisseme'nt (T,/min) épaisseur de la paroi de la structure tubulaire (mm) diamètre extérieur de la struct ure tubulaire (mm) vitesse d'avance de la structure tubulaire (mm/Min)

18818 T-172

coefficient de dilatation thermique de la matière

température à laquelle le refroidissement est com-

mencé (OC) limite élastique de la matière module de Young (N/mm 2) Selon un autre aspect encore de l'invention, la contrainte résiduelle en tension est imprimée à la surface périphérique intérieure du corps tubulaire ou de la structure tubulaire en provoquant une déformation plastique uniforme de cette surface intérieure dans la

direction circonférentielle.

Selon un autre aspect encore de l'invention, la contrainte résiduelle en tension circonférentielle est produite uniformément en appliquant au moins deux

charges distribuées, diamétralement opposées sur la sur-

face latérale extérieure de la structure tubulaire et en répétant l'application des charges distribuées tout en changeant des points d'application de ces charges

sur la surface latérale extérieure de la structure tubu-

laire.

Selon un autre aspect encore de leinvention, la contrainte résiduelle en tension circonférentielle est imprimée par l'avance de la structure tubulaire dans un

certain nombre de groupes d'anneaux, chaque groupe com-

prenant au moins trois anneaux avec chacun un diamètre intérieur légèrement supérieur au diamètre extérieur de la structure tubulaire, les anneaux étant disposés de manière que la structure tubulaire puisse passer par les ouvertures intérieures des anneaux# chacun des groupes comprenant en outre un dispositif d'entraînement agencé pour entra ner les anneaux voisins dans des directions opposées entre elles, dans la direction des diamètres de la structure tubulaire, de manière à presser la surface

latérale extérieure de la structure tubulaire, cette der-

nière devant passer par les groupes d'anneaux de manière que le pointd'application de pression par les anneaux résultant du dispositif d'entra Inement soit distribué

sur la surface latérale de la structure tubulaire.

Selon un autre aspect encore de l'invention, La charge distribuée Pr 1 développée par chaque groupe d'anneaux sur la structure tubulaire est déterminée de manière à satisfaire la condition suivante: 7. 1 1

p 2 s Et 3 _ -

o. E: module de Yong D: diamètre extérieur de la structure tubulaire t: épaisseur de la paroi de la struvta re tbublaire DR: diamètre intérieur dans l'eann Selon un autre aspect enocore de linvenrtionl la contrainte r 6 ésiduelle en teollsion circon ontiol e est imprimée à la surface prip ilâ'ique intérieuro de la

structure tubulaire en appliquant des chrges de oom-

pression sur cette structure tulbuairo en deux paire 3 de points de charge, ciÀ::aque paire comprenant bdeu px ins qui sont situés dans unte plage angulaîre de 4 C & me par rapport au centre de la section de la St =? bulaire et qui sont disposés sur une mnte setúo t 9 vernale de cette structure& les deux paires de - iiso d Le charge étant disposées syaétriquement par rapport a 2 *oetre de la section transversale de la strtcture tqulai Le et l'application des charges de compresilon étant effectue répétitivement sur différentes parties ciroonférentiel 13 s

et axiales de la stracture.

Selon un autre aspect encore de 192:vention, les charges de compreses on sont appllquées par une paire de blocs en forme de U: chacun étant on contact avoc la structure tubulaire en deux points qi sont situés dans une plage angulaire de 40 à 90 par rapport au centre

de la section transversale de la structure tubulaire.

Les blocs en U peuvent avoir ane longueur supérieure à

la longueur axiale de la structure tubulaire et les ciar-

ges de compression sont appliquées répétitivement en fai-

sant tourner la structure tuboulaire par intermittence

autour de son axe, d'un angle prédéterminé.

En variante, les blocs en U ont une longueur inférieure à la longueur axiale de la structure tubulaire et sont disposés en plusieurs paires de manière que les S directions de charge de compression imprimées par des paires-soient décalées d'un angle prédéterminé autour

de ltaxe de la structure tubulaire, les charges de com-

pression étant appliquées de façon continue en faisant avancer la structure tubulaire par les paires de blocs.

D'autres caractéristiques et avantages de l'in-

vention apparattront au cours de la description qui va

suivre de plusieurs exemples de réalisation et en se ré-

férant aux dessins annexés sur lesquels: La Figure 1 est un graphe montrant la relation entre la contrainte résiduelle ciroonférentielle à la surface périphérique intérieure de la structure tubulaire métallique et la résistance à l'écrasement, les Figures 2 A et 2 B illustrent schématiquement

un dressage suivant la technique antérieure et une dis-

tribution de contrainte dans la structure tubulaire pro-

duite par le dressage,

la Figure 3 représente schématiquement un dis-

positif de refroidissement utilisé dans un mode de réa-

lisation selon l'invention, la Figure 4 illustre un exemple dans lequel le débit de l'eau de refroidissement est déterminé dans une plage préférée selon un mode de réalisatic de l Invention, la Figure 5 est un graphe montrant la relation

entre la température à laquelle le refroidissement com-

mence et la variation du point de limite d'allongement proportionnel du tube d'acier résultant, la Figure 6 représente un dispositif selon un mode de réalisation de l'invention pour le dressage d'une

structure tubulaire tout en imprimant une contrainte ré-

siduelle en tension à la surface périphérique intérieure de la structure tubulaire,

la Figure 7 montre la distribution de contrain-

te dans la section transversale d'une structure tubulaire )5 après le traitement par le dispositif de la Figure 6,

les Figures 8 et 9 montrent des exemples pré-

férés d'anneaux incorporés dans le dispositif de la Fig 69 la Figure 10 est tune représentation schématique du dispositif représenté sur la Figure 6,

la Figure 11 illustre schématiquement un disposi-

tif pour comprimer une structure tubulaire par l Vappli-

cation de charges symétriques en deux poinrts de la face supérieure et deux points de la face inférieure de la structure tubulaire,

la Figure 12 est un diagramme des moments pro-

duits sur la structure tubulaire dans des conditions o = 7 t,6; la Figure 13 montre la relation entre langle O de La Figure 11 et l'angle f dans la régini soumise à la contrainte de compression,

la Figure 14 est une coupe d'un bloc en U utili-

sé pour appliquer des charges symétriques en deux points sur la surface supérieure et deux points sur la surface

inférieure de la structure tubulaire dans un mode de réa-

lisation de l'invention,

la Figure 15 montre la distribution de contrain-

tes résiduelles dans le sens de l'épaisseur du tube d'acier utilisé dans le premier mode de réalisation,

la Figure 16 montre la relation entre la densi-

té d'eau de refroidissement et le niveau de contrainte résiduelle oir Lonférentielle à la surface périphérique intérieure du tube d'acier,

la Figure 17 montre la relation entre la con-

trainte résiduelle et la résistance à l'écrasement les Figures Ige 19 et 20 montrent le résultat de l'exemple 2, la Fig 18 montrant la relation entrela température à laquelle le refroidissement commence et

la contrainte résiduelle circonférentielle -

à la surface périphérique intérieure du tube d'acier, la Figure 19 montrant la relation entre le débit d'eau de refroidissement et le niveau de contrainte résiduelle @ 7 r, et la Figure 20 la résistance à l'écrasement d'un tube d' acier traité selon l'in Ivention, comparativement avec celle d'un tube d'-acier qui n'a pas été soumis à un traitement de refroidissement après la trempe, les Figures 21, 22 et 23 montrent le résultat de l'exemple 3 selon l'invention, la Figure 21 est un graphe montrant le niveau de contrainte résiduelle O r à la surface périphérique in- r

térieure du tube traité selon le procédé selon l'inven-

tion avec diverses valeurs du diamètre intérieur d'an-

neaux D et de taux de compression, la Figure 22 est un graphe montrant la relation entre la valeur de compression et la charge P' appliquée

au tube et la Figure 23 est un graphe montrant la rela-

tion entre la valeur de compression et le niveau de con-

trainte résiduelle G>r par le procédé courant, et la Figure 24 est un graphe montrant la relation entre la charge par unité de longueur p/1 et lacontrainte résiduelle circonférentielle à la surface périphérique

intérieure du tube obtenu selon l'exemple 4 selon l'inven-

tion.

La relation étroite entre la résistance à l'écra-

semant d'une structure tubulaire métallique et la con-

trainte résiduelle circonférentielle dans cette structure étant entièrement reconnue, des études intenses et des

expériences prolongées ont permis de clarifier une rela-

tion définie entre la résistance à l'écrasement et la contrainte résiduelle comme le montre la Figure 1 Sur la Figure 1, les abcisses représentent le

rapport entre la contrainte résiduelle circonfé-

rentielle cr à la surface périphérique intérieure du

tube et la limite élastique -y de la matière du tube tan-

y - dis que les ordonnées représentent le rapport pcr/Pcro entre la pression pcr pour écraser le tube et la pression Pcro pour écraser un tube sans contrainte résiduelle à

la surface intérieure.

Il apparait qu'une résistance supérieure à

l'écrasement peut 8 tre obtenue quand la contrainte ré-

siduelle circonférentielle Q; à la surface périphérique intérieure est une contrainte de tension, c'est-à-dire il lorsque la condition ( 7 Gr > O est remplie tandis que son pourcentage de la limité élastique C O y se situe

entre O et 15 pour cent, de préférence entre 4 et 10 %.

La plus grande résistance à l'écrasement est obtenue quand la contrainte résiduelle circonférentielle O r

est égale à environ O,07 y Sur la Figure 1, les or-

y

données et les abscisses indiquent des valeurs numéri-

ques sans dimension Ces relations ne sont pas devters minées par la limite élastique de la structure tubas laire ni par la matière, matl sont dêtemin 6 se pur'eeont en terme de dynamique et per conséquent cette relation s'applique généralement aur, latlèrcs métaliqueû oz-di naires La plage de tra n Ie résiúdize Ale observee daas

la technique antérieure, d Ic-ite par la demande de Bre-

vet Japonais no 33 424/1981 est représentée sur la Figo.

comme technique antérieure, à titre de rÀf&rence ll fau noter que la résistance à lécorasement n'est pas ouce

mais plut 8 t réduite.

Au cours de la fabrication des tube déacier courants des puits de pétrole, comme le montre la Pigure 2 A, l'opération dite de dressage e 3 t condui Lts poua mnve ler et dresser le tube d'acier 1 en le faisant passer selon un trajet formé entre des galets disposes our le côté supérieur et inférieur, décalés les uns par rapport aux autres, chaque galet étant concoze dans sa partie

centrale La distribution des contraintes dans la sec-

tion du tube d' acier ressemble à celle formée quanÈd ce tube 1 reçoit une charge concentrée on un poient et comme le montre la Figure 2 B. Si le tube d'acier a une paroi très mince, les moments de flexion suivants apparaissent au point A de la Figure 2 B et au point B qui est décalé de 90 par rapport au point A. 1) Moment de flexion au point A (MA):

MA PD

oe D représente le diamètre extérieur du tube.

2) moment de flexion au point B (MB)

"B = JPD ( 1 À)

Par conséquent, la rela tion suivante existe entre la contrainte O et la contrainteB &pparaissant aux points A et B 011 % 2 À 1 j 7 d B 2 1,75

Ainsi, la valeur absolue de la omtrainte de ten-

sion apparaissant aupoint A est toujours supérieure à celle de la contrainte de compression apparaissant au point B Dans llopération courante de dressage illustrée

par la Figure 2 A, une contrainte résiduelle de compres-

sion est donc produite inévitablement dans la surface

intérieure du tube, provoquant une diminution de la ré-

sistance à l'écrasement.

Cependant, l'opération de dressage est indispen-

sable pour niveler et corriger la forme des tubes métal-

liques produits selon les procédés habituels de fabrica-

tion de tube.

Des études poussées ont donc été faites pour im-

primer une contrainte résiduelle de tension et obtenir un rapport / se situant entre O et 15 pour cent, de deux manières, à savoir partraitement thermique ou à

chaud ou par traitement mécanique.

En ce qui concerne les moyens de production d'une contrainte résiduelle par traitement thermique, des études et expériences ont été menées pour trouver

un procédé approprié de formation des contraintes rési-

duelles en tension circonférentielle à la surface péri-

phérique intérieure d'un tube d'acier par un traitement

thermique.

La Figure 3 représente un dispositif de refroi-

dissement utilisé au cours des expériences Le dispositif de refroidissement représenté sur la Figure 3 comporte des buses 3 de refroidissement par l'eau entourant le tube d'acier 1 qui est déplacé dans la direction axiale, un thermomètre 4 quidétecte la température du tube d'acier 1, un indicateur de vitesse 5 quidétecte la vitesse de déplacement du tube d'acier, un processeur 6 pour calculer le débit d'eau de refroidissement W selon une formule prédéterminée à partir de facteurs précédemment donnés, comme la dimension du tube d'acier et des constantes physiques de ce tube telle S que (, et E) et une électro-vanne 7 dent le degr' dgouvcr-buz est commandé par le processeur 6 Les effets suivantz

* sont apparus comme résultat de l'expér Ience et dzs dis-

cussions.

Le niveau de contrainte r 6 siduel*e circonfé-

rentielle développée dans le tube d'acier par le refroi-

dissement à l'eau est étroitement lié au niveau de ré-

sistance du tube d'acier, c'est-à-dire la limite élasti-

que Oy (N/mm 2) sans mentionnrer la dimension de la sec-

tion transversale, c"est-à-dire le diamètre extérieur D(mm) le épaisseur de paroi t(mm) et le débit W (T/mnl)

d'tarrivée d'eau d e refroidissement.

Il sera supposé que le tube d'acier t chauffé est déplacé dans la direction axiale & une vitesse V

(mm/min) et que de l'eau de refroidissement est appli-

quée uniformément sur toute la périphérie du tub 5 e en mouvement par les buses annulaires/ _ 3 entourant la ligne de mouvement du tube 1 afin de le refroidir fnforemento Dans ce cas% 1 e niveau R de contrainte résiduelle Oi-r conférentielle à la surface périph 6 rz-que iiittr Leure du tube d'acier après le traitement de refroidissetriens peut s'exprimer par la formule ( 1) ci-après en relation avec

les conditions précitées.

C 188,8 ^ U {(T 3 L 2) cy/E yl ( 1) R = 1 + 0,0120/ { t Lw/ \ o T: température à laquelle le refroidissement commence ( c) E: module de Yooung du tube d'acier (N//mm 2) : coefficient de dilatation thermique de la matière g du tube ( 1/ C) -14 La relation exprimée par la formule ( 1) peut Otre

obtenue quand la température (T) à laquelle le refroidis-

sement du tube d'acier commence est supérieure à ( 6/(E y)

+ 172)OC Si la température T est inférieure à la tempéra-

ture mentionnée ci-dessus, aucune contrainte résiduelle n'est développée dans le sens de la tension à la surface

intérieure même par le traitement de refroidissement.

Par contre, la résistance & l'écrasement du tube

d'acier est accrue quandla contrainte résiduelle circon-

férentielle e à la surface inférieure du tube répond à R la condition 0 < 1 C 0,150, et elle est maximale quand le niveau de contrainte PR est égal à environ 0,07 G. R y Pour obtenir une amélioration stable de la résistance à l'écrasement, il est préférable de contraler le débit

d'arrivée d'eau de refroidissement pour remplir la condi-

tion O,04 G<r Y < 0,1 ioy En développant une Contrainte résiduelle qui se situe dans cette plage, il est possible d'obtenir plus qu'environ 4 pour cent d'augmentation de la résistance à l'écrasement Le débit d'arrivée d'eau de refroidissement pour développer la contrainte de tension résiduelle se situantdans la plage de 0,04 4 c'Y 4 0,10

O est palculé selon la formule ci-après ( 2).

y

1 0,012)2 '* D V W ( 0,1012)2

(B/b O _lD V if < B D V ( 2) o B a B/0,04-1-/, O o B est égal à 188,8 (T 172 La relation entre le débit d'arrivée d'eau de

refroidissement et la température aété calculée dans cha-

cun des deux cas: à savoir un cas A dans lequel la vitesse B du tube et la limite élastique O y étaient 550 mm/min et 77 Kgf/mm 2, et un cas B dans lequel B et O-y étaient 550 mm/min -t 56 Kgf/cm 2 respectivement, selon la formule

( 2) ci-dessus Le résultat de calcul apparait sur la Fig 4.

Le chauffage de la structure tubulaire métalli-

que peut se faire en utilisant la température de cette

structure obtenue à la phase précédente de sa fabrication.

Par exemple, le refroidissement peut commencer à la tem-

pérature après la trempe dans la fabrication des tubes de puits de pétrole ou à la température obtenue après

le dressage à température élevée.

La Figure 5 montre la relation entre la tem-

pérature T à laquelle le refroidissement commence et la limite élastique du tube d'acier résul*tant Il ap- parait que si la température T dépasse la température de trempe# la limite élastique Gy et par conséquent la

résistance à l'écrasement sont abaissées de façon in- désirable. Il est donc préférable que la température X à laquelle le

refroidisseinent cc;mmenooe ne soit pas in= férieure à (Uy/E 1 + 172)OC et ne soit pas sup'rieurc à

la température de trempe.

En ce qui concerne maintenant la manière de produire une contrainte rsiduelle par un truatemenn mécanique, et comme cela a été indiqué cidessus la distribution de contrainte exercée pendant iopmration courante de dressage resse Llble à celle produite par une application de charge en deux points, oest-â-dire en un point supérieur et un point infri:eur, de manière

qu'une contrainte résidue lle en compression soit déve-

loppée dans la surface périphérique intérieure de la

structure tubulaire en abaissant sérieusement la résis-

tance à l'écrasement Dans ces circoestances desêtudes ont été faites pour trouver un procédé approprié de production de contrainte résiduelle circonfreotiielle en tension à la surface périphérique intérieure de la structure tubulaire, en appliquant une charge distribuée uniformement sur la périphérie de la structure tubulaire ou en appliquant simultanément une charge en deux points supérieurs et deux points inférieurs:

( 1) En ce qui concerne l'application d'une char-

ge distribuée, l'application d'une charge de compression distribuée dans la direction supérieure et inférieure sur la périphérie extérieure de la structure tubulaire a été considérée en utilisant un dispositif représenté sur la Figure 6 Plus particulièrement, le dispositif représenté

sur la Figure 6 comporte deux groupes d'anneaux, consis-

tant chacun en trois anneaux 8 dont le diamètre inté-

rieur DR est légèrement supérieur au diamètre extérieur D de la structure tubulaire 1, les trois anneaux 8 étant disposés cbte à cbte Chaque anneau 8 est supporté pour pouvoir tourner par trois galets support 9 qui sont entrasnés à la même vitesse et de manière que tous les anneaux R tournent dans le mrme sens Un galet 9 peut

être déplacé dans la direction verticale et il est agen-

cé pour tre relevé et abaissé par un moyen non représen-

té Les galets voisins du même groupe sont agencés pour %tre déplacés dans des directions verticales opposées

afin que la charge de compression dans la direction ver-

ticale soit exercée vers le haut et vers le bas sur la structure tubulaire 1 placée dans les anneaux, tout en

fonctionnant simultanément comme un dispositif de dressa-

ge pour corriger la forme de la structure tubulaire 1.

La Figure 7 montre la distribution des contrain-

tes développées dans la section transversale de la struc-

ture tubulaire 1 soumise à la charge de compression ap-

pliquée par le dispositif de la Figure 6 Comme cela res-

sort de la Figure 7, la structure tubulaire 1 reçoit une charge distribuée p 1 par les anneaux 8 déplacés vers leo

bas et les anneaux 8 déplacés vers le haut.

La contrainte YÀ apparaissant au point A de la surface intérieure de la structure tubulaire s'exprime

de la façon suivante dans les limites dléLasticité.

Ct= E t ( 1 i) ou E: module de Young t: épaisseur de la paroi de la structure tubulaire DR: diamètre intérieur dans l'anneau

Ainsi, la contrainte apparaissant au point A dé-

pend uniquement de la forme de la section des anneaux et de la structure tubulaire et elle est indépendante du

niveau de charge distribuée P 1.

Par contre, la contrainte OSB apparaissant au point B quiest espacé de 90 du point A est exprimée approximativement par la formule ci-après: t_-3 P/D ( 1 _ A o

P: charge par unité de longueur.

Ainsi, la contrainte PB varie en fonction du niveau de la charge distribuée Pl Il est donc possible d'obtenir une contrainte O B dont la valeur absolue est B supérieure à celle de la contrainte O A en choisissant de façon appropriée le diamètre intérieur D'R des anneaux et la charge P:1 La charge dlstribuée Pl qui satisfait

la condition IO-Bi l 1 est donnée par la formule ( 3) ci-

après: 1

2 ( D DR

3 D -( 1 _)A()

(, En résumé, en adoptant ie procédé de traitement mécanique illustré par la Figure 6, il est possible de commander à volonté le niveau de contrainte résiduelle circonférentielle à la surface périphérique intérieure de la structure tubulaire après l'opération de dressage, c'està-dire annuler la contrainte résiduelle ou de la

développer dans le sens de la tension Il est donc pos-

sibler non seulement d'éviter une diminution indésirable

de la résistance à l'écrasement mais en outre dsaugmen-

ter positivement cette dernière.

Pour la mise on oeuvre de l'invention par le dis-

positif représenté sur la Fig 6, les positions dans les-

quelles les anneaux 8 sont supportés par les galets sup-

port 9 sont décalées dans la direction verticale, de façon alternée, comme représenté pour établir de façon définie

le décalage X entre le centre O ' des anneaux 8 représen-

tés sur la Figure 7 et le centre O du tube 1 passant par les anneaux 8 Le décalage X sera appelé ci-après "valeur de compression" Le réglage de la valeur de compression signifie le réglage du niveau de charge distribuée Pl

appliquée à la structure tubulaire La valeur de com-

pression X est choisie de façon optimale pour obtenir la charge nécessaire à la correction en tenant compte

du fait qu'une plus grande valeur de compression pro-

duit une plus grande charge Après le réglage de la va- leur de compression, tous les anneaux 8 sont entrainés de façon positive et la structure tubulaire t à traiter

passe par les groupes d'anneaux R à une vitesse prédé-

terminée, à partir d'un c 8 té de ces groupes d'anneaux.

L'avance de la structure tubulaire peut se faire au moyen d'un dispositif d'entralnement connu, par exemple un

poussoir Au passage par le groupe d'anneaux, la struc-

ture tubulaire tourne pour recevoir la charge distribuée pour toute sa surface latérale extérieure par les anneaux R en contact avec cette surface afin que la flexion et la compression soit appliquée à la structure tubulaire 1

afin d'en cortiger la forme.

Comme cela ressort de la description ci-dessus,

le niveau de contrainte résiduelle développé dans la structure tubulaire après l'opération de dressage varie

largement en fonction du diam ètre intérieur DR des an-

neaux et du niveau de charge distribué appliqué pendant le traitement, c'est-à-dire la valeur de compression X mentionnée ci-dessus Plus particulièrement, la contrainte résiduelle tend à changer de sens, d'une contrainte de compression à une contrainte de tension quand le diamètre intérieur DR des anneaux est réduit et que la valeur de compression X oest augmentée Ce fait suggère que, par un choix approprié du diamètre intérieur D et de la valeur

de compression X, il est possible de contrôler la contrain-

te résiduelle de manière qu'elle se situe dans uneplage (la plage "invention" sur la Fig 1) optimale pour assurer

une résistance suffisante à l'écrasement touts en mainte- -

tenant l'effet nécessaire de dressage ou de correction.

3 y De préférence, les angles 10 de chaque anneau en contact avec la surface extérieure de la structure tubulaire 1, utilisée dans ce traitement Bont arrondis comme le montre la Figure 8 afin d'éviter tout dommage avec la surface extérieure de la structure A cet effet, le rayon de

courbure R de l'angle arrondi doit être au moins 5 mm.

Autrement dit, selon la théorie du contact élastique, une contrainte infinie est appliquée au point de la

structure tubulaire en contact avec l'angle de la sur-

face intérieure de l'anneau si cet angle a un bord vif ou présente un angle droit Au contraire, cet angle est arrondi, la contrainte appliquée au point pr:4 cit 6 est nulle mais le rayon de courbure de l'arrondi peut tre faible Mais en fait, le rayon doe; courbures R peut être grand dans une certaine mesure afin d'éviter tout dommage & la surface latérale exté ieur de la strron ture tubulaire Des expérienees ont ét 6 faites po Ur obo tenir le résultat indiqué dans le tableau 1 oi-après sur lequel il apparait que le rayon de courbure R doit être au moins 5 mm afin d'obtenir un effet satisfaisant

en évitant d'endommager la surface de la structure tubu-

laire. Tableau 1 rayon de courbure R e 7 e 5 (mut) état de domnage fort fa lble néant néant _l, L'anneau R représenté sur la Figure 6 est le plus simple constitué simplement par une pièce armtralire@ Mais cela n'est pas limitatif et l'anneau 8 représenté sur la Figure 6 peut 8 tre remplacé par un ensemble dans lequel, comme le montre la Figure 9, un grand nombre de petits galets Ab sont supportés pour tourner à la surface périphérique intérieure d'une pièce annulaire Sa, afin que les galets Rb soient en contact roulant sur la surface

périphérique extérieure de la structure tubulaire.

Il est bien entendu également que l'utilisation d'un mécanisme séparé connu comme un poussoir pour avancer la structure tubulaire n'est pas essentielle Par exemple, plutôt que d'utiliser un tel mécanisme d'avance sépard, les anneaux R peuvent ltre disposés de manière que leurs axes soient inclinés dans deux directions par rapport à la direction du mouvement de la structure tubulaire comme le montre la vue en plan de la figure 10, afin que ces anneaux A 'exercent une force de poussée axiale sur

la structure tubulaire pour la faire avancer dans la di-

rection axiale comme dans le cas des galets concaves connus représentés sur la Figure 2 A Mais dans ce cas, il est nécessaire que la surface intérieure des anneaux

soit conique, conformément à la surface latérale extéwieu-

re de la structure tubulaire.

( 2) En ce qui concerne l'application d'une charge en deux points supérieurs et en deux points inférieurs,

la disposition des contraintes a été examinée en comrn-

primant la structure tubulaire 1 par l'application simul-

tanée de charges paral Lèles en quatre points de la circu-

conférence de sa section Deux points supérieurs d'appli-

cation de charge et deux points inférieurs d'application de charge sont disposes symétriquement par rapport à l'axe vertical passant par le centre de la structure

tubulaire, avec le m 8 me angle O par rapport à l'axe ver-

tical -

Le moment M 1 dans la région angulaire C& qui se situe entre 0 et 9 à partir de l'axe vertical y-y' est donné par la formule ( 4) ci-après: tf = X ( t 2 e) sin e 2 cos o O} constante < O ( 4) D'une façon similaire, le moment M 2 dans la région angulaire Od entre e et X/2 est donnée par la formule ( 5) ci- aprè s: n D = x {j(t -29)sin e 2 cos S}Tsinca sin 9 ( 5) PD _ La distribution des moments obtenus quand l'angle e est WV 6 est représentée sur la Figure 12 Dans ce cas, le moment apparaissant au pdnt A est négatif

pour développer une contrainte de tension à la surface in-

térieure de la structure tubulaire tandis que le moment au point B est positif, produisant une contrainte de

compression à la surface intérieure de cette structure.

Si la contrainte de compression apparaissant au-

tour du point B a une valeur absolue supérieure à celle de la contrainte de tension apparaissant autour du point A, c'est-à-dire si la condition ( 6) ci-après e 3 t verifiées il est possible de développer une contrainte residuelle de tension à la surface p 6 riphérique intérieure de la structure tubulaire en la faisant tourner afin d'appliquer répétitivement la compression et de soumettre touts la partie de la structure tubulaire à une contrainte de compressions

M 2 ( -1) > O ( 6)

La distribution de contrainte illustrée par la Figure 12 satisfait cette condition Il apparait que la contrainte en compression de valeur absolue supérieure à celle de la contrainte au point A peut être obtenue dans la plage angulaire

La plage angulaire b peut être déterminée en sub-

stituant les formules ( 4) et ( 5) dans la formule ( 6) comme suit.

La condition suivante est dérivée de cette sub-

stitution 2 t (t 20) sin 9 2 cos 09 +sinr sin O O Cette formule est transformée en la formule ( 7) suivante: sin O>)si + cos e ( 7) Par contre, il existe une relation exprimée par la formule ( 8) suivante:

= 2 ( 8)

A partir des formules ( 7) et ( 8), la plage de

ltangle p est déterminée comme le montre la Figure 13.

La plage angulaire p peut prendre une valeur supérieure à

0 (zéro) quand l'angle Q prend une valeur supérieure à 20 .

Par contre, avec une valeur de O dépassant 45 , il est dif-

ficile d'appliquer des charges parallèles de la struc-

ture tubulaire 1 De ce point de vue, l'angle O est

choisi de préférence dansune plage entre 20 et 45 .

Compte tenu de ces notions, l'invention propose donc un procédé comprenant les phases de préparation

d'un bloc supérieur Il en forme de U et d'un bloc infé-

rieur -11 ' en forme de U disposés en une paire, chaque

bloc en U étant agencé pour être en contact avec la struc-

ture tabulaire 1 en des points situés à un angle 20 ( 20 < Q < 4 '5 >): par-rapport à l'axe et avec une longueur

supérieure à celle de la structure tubulaire 1, pour com-

primer cette dernière dans la direction verticale par les blocs supérieur et inférieur, et de répétition de l'application de la compression tout en changeant les

points d'application en tournant la structure tubulaire 1.

Les blocs 11, 11 peuvent avoir une longueur inférieure à celle de la structure tubulaire Mais dans ce cas, il est nécessaire de décaler la structure tubulaire dans la direction axiale pour répéter les phases d'application

, de la charge de Compression.

En variante, il est possible d'avancer la struc-

ture tubulaire I par un dispositif d'entraînement approp-

rié, dans plusieurs paires de blocs avec chacune des section telle que représentée sur la Figure 14, décalées

dans la direction axiale de manière que la direction d'ap-

plication des charges de compression varie régulièrement.

Dans ce cas, les blocs 11, llt' peuvent 8 tre prévus avec des galets 12, 12 pour établir un contact roulant avec

la structure tubulaire 1.

Les galets 12, 12 ' peuvent ne pas ere paral-

lèles à l'axe de la structure tubulaire 1 qui avance dans les blocs 1 i, 11 ' Il est possible de développer

la contrainte résiduelle en tension dans la surface péri-

phérique intérieure de la structure tubulaire en avançant cette dernière dans une seule paire de blocs 11, ll' tout en la faisant tourner autour de son axe Dans ce cas, les blocs 11 et 1 l' t doivent comporter des galets 12 et 12 ' disposées sous un angle par rapport à la direction

d'avance de la structure tubulaire Il.

Des exemples de mise en coeuvre de l'invention

seront décrits ci-après.

Exemple 1

Un tube d'acier (série DY 23 %C -0 s,23 % si-1 '48 % Mn-

0,10 % MO) avec un diameètre etérie Lur de 140 i-i et Mne épaisseur de paroi de S,7 imm a ét 4 utili 9 é comtme tube d'essai Ce tube d'acier prêcentL t u-nc distribution de contrainte i,éeîdu&pcolfreleleo fanto de l 'épaisseur c mme'le m-ntre;r la Fig 1 _ 5, et L Inc cen-z trainte résiduslle ennelvrn 3 O Tn sa surface périph-érique iiif 4 r Ieure 'La limite él-t Iq Li

a était 760 N/mm 2.

Ce tube dt'acier a4 tê 5 àca unc eméa ture Supérieure à 500 '0 C et a eté refr Oidi p Dav Za a extérieure par -de -leau, avec cles débitz de 1

ment variables pour itnprimcr différentesiieu do F-en-

trainte résiduelle à la,,surface intérîour;' u t be.

La Figure 16 montre la relation entre la ders:t 43 d'eau-r-

de refroidissement et la eontrainterliduelle à la ar face périphérique intérieure du tube dobtenue au cou-ra de l'essai Dans cet essai, il -a été cou:firi-é qne la valeur

de contrainte résiduelle à la surface périph,6 riqte în-

tèrieure du tube peut 9 tre cnntrftlée 7 à volonté dans la région entre:300 N/înm 2 (tension) et -300 N/mÉ 2 ( tensi on) en modifiant les conditions de refroîdissement cejrls le chauffage Les pièces d'essai de tube ainsi traitées ont

été soumises à un essai decasmn pour doniner des ré-

sultats indiqués sur la Fîg 17 Etant donné que la limi-

te élastique dans la direction circonférentielle est lé-

gèrement modifiée, ltaxe d'ordonnée est tracé en fonc-

tion de la valeur précitée Per/Pcro Comme cela ressort clairement de la Figure 17, si la contrainte résiduelle 3 _ 5 imprimée à la surface périphérique intérieure est une contrainte de tension qui ntest pas supérieure à 15 pour cent de MY corne spécifié par l'invention, une résistance

24 2515777

à l'écrasement est assurée, supérieure aux produits courants dans lesquels la contrainte résiduelle est nulle.

Exemple 2

Des tubes d'acier ayant les compositions chi- miques et les propriétés mécaniques indiquées dans le tableau 2 ont été utilisés pour l'essai Le tube d'essai A étaient un tube roulé tandis que le tube d'essai B était un tube trempé Le diamètre extérieur

et l'épaisseur de paroi des deux tubes étaient respec-

tivement 114 mm et 6,88 mm -

.< Tableau 2 C si Mn P S ')T S A o 02 0, % 1,32 % 0,022 % 0,021 % 667 N/mm= 783 N/mm'4 f 0,24 % 036 %l,49 % 0,026 % 0,011 % 875 N/mm 930 N/m Après ce tableau avec des matériaux d'essai, un traitement de refroidissement a été conduit par une ligne de refroidissement comme le montre la Figure 3,

tout en modifiant les conditions de refroidissement.

La Figure 518 montre la valeur de la contrainte

résiduelle circonférentielle QR la surface périphéri-

CRà

que intérieure de la structure tubulaire après les trai-

tements de refroidissement conduits dans des conditions de débit d:arrivée d'eau de refroidissement W égal 0,65 T/min et une vitesse d'avance du tube V= 550 mm/min

tout en modifiant la température T à laquelle le refroi-

dissement est commencé La Figure 19 montre également

la contrainte résiduelle ciroonférentielle 6 PR à la sur-

face périphérique intérieure du tube d'acier après que le refroidissement a été fait dans des conditions de température T de 6000 C et une vitesse V de 550 mm/min

tout en modifiant le débit d'eau de refroidissement.

Il apparait sur cette figure que la contrainte résiduelle IR est variable en fonction de facteurs tels que la température T, le débit W d'arrivée d'eau et la limite élastique Oy La relation entre la contrainte résiduelle O< et ces facteurs, illustrée par les figures 8 et 19, R

satisfait la formule ( 1) ci-dessus.

Dans le but de confirmer l'effet du traitement de refroidissement selon l'invention, un essai a été effectué sur différentes dimensions de tubes d'acier (trempés) en utilisant la;-m lign e de refroiissozent

le débit W 2 de refroidiasement étant contr F* 11 en fonc-

tion de la formule ( 2) mentionnée ci-dosoîa en réponse

A la variation de température T à laquelle le refroidis-

sement a commencé La Fig 20 montre le degré d'amélio-

ration de la résistance à l'écrasement, obtenue en divin sant la résistance à lécrasement du tube d'acier, ayant subi le traitement de refroidissement par la résistance à l'écrasement moyenne des tubes d'acier de référence

qui sont des tubes trempés de mimes dimensions et com-

positions que les tubes d'essai Il apparait sur cette figure que la résistance à l'écrasement du tube d"acier

est remarquablement améliorée par le traitement de re-

froidissement selon l'invention Le rapport d'améliora-

tion atteint environ 8 pour cent quand le rapport du

diamètre à l'épaisseur D/t du tube d'acier est 12.

Exemple

Des opérations dedressage ont été 6 xécoutêes se Lon le procéd 4 de l'irnvention et selon les procedés courants, en utilisant comime matériaux d'essai des tubes d'acier dont la composition chimique est donnée par le tableau 3 ci-après Le diamètre extérieur, lé'paisssar de paroi et la limite élastique de la matière d 9 essai

était 244,5 mm, 15,11 mm et 777 N/mm 2 respectivement.

Tableau 3 -

% en poids) C l Si Mn P S Or

0,23 0,30 1,21 0,021 0,024 0,27

Des opérations dedressage ont été exécutées selon l'invention en utilisant le dispositif représenté sur la Fig 6 et trois types d'anneaux 8 de diamètres intérieurs différents D de 260 mm, 270 mm et 280 mm, modifiant ainsi la valeur de compression X La contrainte résiduelle circonférentielle à la surface périphérique intérieure des tubes a été mesurée pour chacun des tubes ainsi traités, le résultat apparaissant sur la Fig 21.

Il apparait sur cette figure que le procédé selon l'in-

vention utilisant des anneaux peut amener la contrainte résiduelle circonférentielle après le-traitement dans

la plage préférée (I) pour obtenir une résistance suffi-

sante à l'écrasement, en choisissant de façon appropriée

la valeur de compression X en fonction du diamâtre inté-

rieur DR des anneaux.

La Figure 22 montre la relation entre la valeur de compression et la valeur de la charge appliquée à la

structure tubulaire pendant le traitement selon l'inven-

ti On Il apparait clairement sur cette figure que la char-

ge est accrue en proportion de l'augmentation de la valeur

de compression.

Ensuite, des opérations de dressage ont été effectuées par le procédé classique de dressage, avec l'appareil de la Fig 2 A en utilisant des galets concaves tout en modifiant la valeur de compression La contrainte résiduelle circonférentielle à la surface périphérique intérieure de la structure tubulaire après ce traitement

a été mesurée sur chaque structure tubulaire et les résul-

tatsapparaissent sur la Fig 23.

Comme le montre cette figure, ce procédé courant imprime toujours une contrainte résiduelle de compression

dont la valeur augmente avec la valeur de compression.

En général, une valeur de compression d'au moins 15 mm est

nécessaire pour obtenir un effet de dressage suffisant.

* La Figure 23 montre que la valeur de compression de 15 mm produit une contrainte résiduelle de compression d'environ NI 2 -176 N/mm, qui est calculée à -0,23 Gyj en fonction de la

limite élastique Q,- Cette contrainte résiduelle de com-

pression entra ne une réduction d'environ 20 pour cent de la résistance à l'écrasement comparativement à celle avant le traitement, comme cela ressort de la relation de la Figure 1 o Contrairement à cela, et selon l'invention, il est possible d'obtenir une augmentation d'environ 1,OR fois la résistance à l'écr asement par rapport à celle avant le traitement quand le diamètre intérieur des anneaux se situe entre 270 et 280 mm Cela veut dire que le procédé de l'Invention apporte une augmentation d'environ 30 pour cent de la résisetance & 1 à rasement après le dressage, comparativement au procédé classiqaue Il faut aussi noter que le dispositif de la Figure 6 produit un dressage pra {iquement équivalent à celui ebb

tenu par le procédé couranrt.

Exemple 4

Des tubes d'acier uttlis 6 S ccm Fe des tubes

d'essai ont été réaliste en fume matière d Qnt 1 à caupsi-

tion chimique est donnée par le tableau 4, avec un iai= mètre extérieur, une épaisseur de paroi et une longueur de respectivement 177,R mm, 18 R, 54 mm et 500 mm La 1 i IE te élastique était 712 N/mrm 2 Les tubes d'essai ont ét 6 comprimés par deux blocs en U dont la section transersale était celle de la Fig 14 La longueur des blocs était 600 mm tandis que l'intervalle despointsde contact était 1 RO min L'application d'une charge de compression asté faite répétitivement tout en faisant tourner le tube d'acier pour produire une contrainte résiduelle en tension circonférentielle à la surface pêriphirique intérieure du

tube d'acier.

Tableau 4

Composition chimique C Si Mn P S C r

0,23 0,2 1,28 0,014 0,012 0,31

La Figure 24 montre la relation entre la va-

leur de charge P/1 (N/mm) appliquée et le niveau de con-

trainte résiduelle en tension développée par suite de

l'application de la charge.

15777

Comme cela ressort de ces figures# dans l'exemple

présent de l'invention, la contrainte résiduelle est tou-

jours produite dans le sens de la tension et le niveau de cette contrainte résiduelle en tension est accru en fonction de l'augmentation de la charge appliquée Il est

donc facile de contrôler le niveau de contrainte résiduel-

le de tension pour qu'elle se situe dans la plage voulue.

L'invention a -été décrite en regard d'exemples spécifiques, mais il est bien entendu que de nombreuses îo modifications peuvent y tre apportées sans sortir de

son cadre ni de son esprit.

Claims (27)

REVENDICATIONS

1 Structure tubulaire métallique de résistance

améLiorée à l'crasement, caractérisée en ce qu'une con-

trainte résiduelle de tension circonférentielle est lais-

sée à sa surface péri phr ique intérieures ladite con-

trainte résiduelle se situant entre O et 20 pour cent de la limite élastique de ladite structure tubulaireo

2 Structure selon la revendication I, caracté-

risée en ce que lenivaau de ladite contrainte résiduelle de tension se situe entre 4 et 1 l pour cent de la limite élastique

3 Structure selon la revendication 1, caracté-

risée en ce qu'elle est faite d'une matière choisie

dans un groupe comprenant l'acier ordinaire, l'acier al-

lié l'acier inoxydable et un alliage de F' e-Ni-Cr.

4 Structure selon la revendication 1, caraotéri-

sée en ce que ladite contrainte résiduelle de tension

circonférentielle est développée à ladite surface périphé-

rique intérieure en refroidissant uniformément la struc-

ture tubulaire chauffée par sa face extérieure.

5 Structure selon la revendication 4, caractéri-

sée en ce que le refroidissement est commencé à une tem-

pérature qui n'est pas inférieure a (C/2 E ^+i 72)o C.

6 Structure selon la revendication 5 caxacte-

risée en ce que le refroidissement set effectué en appli-

quant uniformément de l t eau de refroidissement sur la

surface périphérique extérieure de ladite structure tubu-

laire avec un débit W qui satisfait la condition suivante pendant l'avance axiale de ladite structure tubulaire 0 (j,012) *-D V W 6 1 ( 0012)2 D V É-2 B L/0,0 oi) D V 10 o W: débit d'arrivée d'eau de refroidissement (T/min) t: épaisseur de la paroi de la structure tubulaire (mm) D: diamètre extérieur de la structure tubulaire (mm) V: vitesse d'avance de la structure tubulaire (mm/min) 3 o

B: 1 R 8,8 (T-172 ")

: coefficient de dilatation thermique de la matière T: température à laquelle le refroidissement est commencé ( C) 6 y: limite élastique de la matière, y E: module de Yonng (N/mm 2)

7 Structure selon la revendication 1, caracté-

risé en ce que ladite contrainte résiduelle de tension est développée à la surface périphérique intérieure de

ladite structure tubulaire en provoquant une déforma-

tion plastique uniforme de Ladite surface périphérique

intérieure dans la direction circonférentielle.

8 Structure selon la revendication 7, caractéri-

sée en ce que ladite contrainte résiduelle de tension

circonférentielle est développée uniformément en appli-

quant au moins une paire de charges distribuées, dia-

métralement opposées, à la surface périphérique extérieu-

re de ladite structure tubulaire et en répétant 1 I appli-

cation des charges distribuées tout en changeant les points d'application de ces charges sur ladite surface

périphérique extérieure de ladite structure tubulaire.

9 Structure selon la revendicati On 8, caractéri-

sée en ce que ladite contrainte résiduelle de tension circonférentielle est développée en avançant ladite structure tubulaire dans plusieurs groupes d'anneaux (P), chaque groupe comprenant au moins trois anneaux ayant chacun un diamètre intérieur légèrement supérieur au diamètre extérieur de ladite structure tubulaire, lesdits anneaux étant disposés de manière que ladite

structure tubulaire puisse avancer par les alésages in-

térieur desdits anneaux, chacun desdits groupes com-

prenant un dispositif d'entralnement ( 9) agencé pour en-

trainer les anneaux voisins dans des directions opposées

entre elles, perpendiculairement à l'axe de ladite struc-

ture tubulaire de manière & comprimer la surface périphé-

rique extérieure de ladite structure tubulaire, ladite structure tubulaire étant forcée à passer dans lesdits

groupes d'anneauxwde manière que les positions d'appli-

cation de pression par lesdits anneaux, provoquée par ledit dispositif d'entratnement, soient distribuées sur

la surface périph rique de ladite structure tubulaire.

Structure selon la revendi ation g 9, carac-

térisée en ce que la charge distribuée (P () donnée par chaque anneau d' un groupe sur ladite structure tub laire est déterminée pour satisef ire la condition suivante: p 2 Et 3)

FI, > D,

3 o'( 1 -) ob E: m;odule de Young, D: diamètre extérieur de la structure tubulaire t: épaisseur de paroi de la structure tubulaire DR: diamètre intérieur d'tn anneau

11 Structuré selon la revendication 7, caract-

risée en ce que la contrainte résiduelle de tension cir-

conférentielle est développée & la surface pêriph&rique intérieure de ladite structure tubulaire en appliquant des charges de compression sur ladite structure tubulaire à deux paires de points de charge, chaque paire comprenant deux points qui sont situés dans une plage angulaire de 40 à O par rapport à l'axe de ladite structure tubulaires

et disposées perpendiculairement à l'axe de ladite struc-

ture tubulaire, lesdites deux paires de points de charge

étant disposées symétriquement par rapport à l'axe de la-

dite structure tubulaire, l'application des charges de

compression étant conduite répétitivement sur des par-

ties différentes circonférentiellement et axialement de

ladite structure tubulaire.

12 Structure selon la revendication 11, carac-

térisée en ce que les charges de compression sont appli-

quées par une paire de blocs ( 11 s, 11) en forme de U dont chacun est en contact avec ladite structure tubulaire en deux points d'une circonférence qui sont situés dans une plage angulaire de 40 à 90 par rapport à l'axe de ladite

structure tubulaire.

13 Structure selon la revendication a 12, carac-

térisée en ce que lesdits blocs en U ( 11, 114) ont une

longueur supérieure à la longueur axiale de ladite struc-

ture tubulaire, lesdites charges de compression étant ap-

pliquées répétitivement tout en faisant tourner ladite structure tubulaire par intermittence autour de son axe

d'un angle prédéterminé.

14 Structure selon la revendication 12, carac-

térisée en ce que lesdits blocs en U ( 11, 11 ') ont une

longueur inférieure à la longueur axiale de ladite struc-

ture tubulaire et sont disposes en plusieurs paires de

manière que les directions des charges de compression ap-

pliquées par des paires soient décalées d'un angle pré-

déterminé autour de l'axe de ladite structure tubulaire,

les charges de compression étant appliquées continuelle-

ment tout en déplaçant ladite structure tubulaire par la-

dite paire de blocs.

Structure selon la revendication 1, caracté-

risée en ce qu'elle consiste en un tube destiné à des

puits de pétrole.

16 Procédé de production d'une structure tu-

bulaire métallique, procédé caractérisé en ce qu'il con-

aiste essentiellement à appliquer des charges de compres-

sion circonférentielle à la surface périphérique intéri-

eure de ladite structure tubulaire métallique afin de dé-

velopper dans ladite surface périphérique intérieure de-

ladite structure tubulaire une contrainte résiduelle cir-

conférentielle d'un niveau se situant entre Oet 15 pour

cent de la limite élastique de la structure tubulaire ré-

sultante.

17 Procédé selon la revendication 16, caracté-

risé en ce que le niveau de ladite contrainte résiduelle de tension se situe entre 4 et 10 pour cent de ladite

limite élastique.

18 Procédé selon la revendication 16, caracté-

risé en ce que ladite structure tubulaire est faite d'une matière choisie dans un groupe comprenant lacier ordinaire,

l'acier allié, l'acier inoxydable et un alliage de Fe-Ni-Cr.

19 Procédé selon la revendication 16, carac-

térisé en ce que ladite contrainte résiduelle de tension

circonférentielle est développée dans ladite surface pé-

riphérique antérieure de ladite structure tubulaire en refroidissant uniform Smert ladite structure tubulaire

chauffée par sa face extérieure.

Procédé selon la revendication 19, ca Bactét

risé en ce que le refroidissement est commencé à une tem-

perature qui n'est pas inférieure à( O t/E T+ 172) C.

21 Procédé selon la revendication 20, carac-

térisé en ce que le refroidissement est conduit en ap-

pliquant uniformément de l'eau de refroidissement sur la surface périphérique extérieure de ladite structure tubulaire avec un débit W qui satisfait la condition suivante tout en avançant axialement ladite struc ture tubulaire

IL ( 0,012 -

t 1 (" O BO,12)2 D Cw ( O O,012)2 o W: débit d' arrivée d' eau de refroidissement (T/min) t: épaisseur de la paroi de la structure tubulaire(mm) D: diamètre extérieur de la structure tubulaire (mm) V: vitesse d'avance de la structure tubulaire (mm/min) l:1 RR,8-T (T-172 'E) T: coefficient de dilatation thermique de la matière T: température à laquelle le refroidissement est commencé (oc) jy: limite élastique de la matière y E: module de& Young (N/mm 2)

22 Procédé selon la revendication 16, caracté-

risé en ce que ladite contrainte résiduelle de tension est développée à ladite surface périphérique intérieure

de ladite structure tubulaire en produisant une déforma-

tion plastique uniforme de ladite surface périphérique

intérieure dans la direction radiale.

23 Procédé selon la revendication 22, caracté-

risé en ce que ladite contrainte résiduelle de tension

circonférentielle est développée uniformément en appli-

quant au m'oins une paire de charges distribuées diamé-

tralement opposées àla surface périphérique extérieure de ladite structure tubulaire et en répétant l'applica- tion des charges distribuées tout en changeant les points d'application desdites charges sur ladite surface

périphérique extérieure de ladite structure tubulaire.

24 Procédé selon la revendication 23, caracté-

risé en ce que ladite contrainte résiduelle de tension

circonférentielle est développée en avançant ladite struc-

ture tubulaire par plusieurs groupes d'anneaux ( 8) chaque groupe comprenantau moins trois anneaux ayant chacun un

diamètre intérieur légèrement supérieur au diamètre ex-

térieur de ladite structure tubulaire, lesdits anneaux étant agencéspour que ladite structure tubulaire puisse

avancer par les alésages intérieurs desdits anneaux, cha-

cun desdites groupes compenant un dispositif d'entraine-

ment ( 9) agencé pour entra Pner les anneaux voisins dans des directions opposées entre elles, perpendiculairement

à l'axe de ladite structure tubulaire, de manière à com-

primer la surface périphérique extérieure de ladite struc-

ture tubulaire, cette dernière étant forcée à passer par

ledit groupe dtanneaux da manière que les positions d'ap-

plication de pression par lesdits anneaux, sous lteffet dudit dispositif d'entra nement, soient distribuées sur

la surface périphérique de ladite structure tubulaire.

Procédé selon la revendication 24, caracté-

risé en ce que la charge distribuée (Pl) donnée par cha-

que groupe d'anneaux à ladite structure tubulaire est déterminé pour satisfaire la condition suivante: 2 E t 3 ___

3 D (

o E: module de 'roung D: diamètre extérieur de la structure tubulaire t: épaisseur de paroi de la structure tubulaire DR:diamètre intérieur d'un anneau'

26 Procédé selon la revendication 22, carac-

térisé en ce que la contrainte résiduelle de tension

circonférentielle est développée à la surface pêriphé-

rique intérieure de ladite structure tubulaire en ap-

pliquant des charges de compression sur ladite struc- ture tubulaire en deux paires de points de charge, chaque paire comprenant deusc points qui sont situés dans une plage angulaire de 140 à 90 par rapport à

l' axe de ladite structure tubulaire, perpendiculaire-

ment à l'axe de ladite structure tubulaires lesdisem

deux paires de points de charge étant disposés am-

triquement par rapport A l'axe de la strncture tublu laire, l'application des charges de compression étant conduite répétitivement sur des parties cirof n tielles et axiales différentes de ladite struoture tubulaire.

27 Procédé selon la revendication 26, carac-

térisé en ce que les charges de compression sont ap-

pliquées par une paire de blocs ( 11, il') en forme de U, dont chacun est en contact avec ladite structure tubulaire en deux points d'une circonférence qui sont situés dans-la plage angulaire de 40 à 900 par rapport

à l'axe de ladite structure tubulaire.

2 R Procédé selon la revendication 27 t carac-

térisé en ce que lesdits blocs en U ( 11, 1 i) ont une longueur supérieure à la longueur axiale de ladite structure tubulaire et lesdites charges de compression étant appliquées répétitivement tout en faisant tourner par intermittence ladite structure tubulaire autour de

son axe, d'un angle prédéterminé.

29 Procédé selon la revendication 27, carac-

térisé en ce que lesdits blocs en U ( 11, 11 ') ont une longueur inférieure à la longueur axiale de laiite

structure tubulaire, et étant disposés en plusieurs pai-

res de manière que les directions des charges de com-

pression appliquées par ces paires soient décalées d'un angle prédéterminé autour de l'axe doe ladite structure

tubulaire, les charges de compression étant continuelle-

ment appliquées tout en déplaçant ladite structure tubu-

laire par lesdites paires de blocs.