FR2610008A1 - AMAGNETIC MANGANESE AND CHROMIUM STEEL AND TUBULAR ELEMENT OF A BOREHOLE MADE IN THIS STEEL - Google Patents

AMAGNETIC MANGANESE AND CHROMIUM STEEL AND TUBULAR ELEMENT OF A BOREHOLE MADE IN THIS STEEL Download PDF

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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

26 1000826 10008

L'invention concerne un acier amagnétique au manganèse et au chrome, résistant à la corrosion sous contrainte en milieu chloruré et un élément tubulaire  The invention relates to a non-magnetic manganese and chromium steel, resistant to stress corrosion in a chloride medium and a tubular element

d'une colonne de forage réalisé avec cet acier.  a drilling column made with this steel.

On connait des éléments tubulaires d'une co-  Tubular elements of a co-

lonne de forage, tels que des masse-tiges des stabili-  boreholes, such as drill collars, stabilizers

sateurs ou d'autres équipements de mesure ou de com-  or other measuring or measuring equipment

mande qui sont réalisés en acier amagnétique. Ces élé-  which are made of non-magnetic steel. These

ments doivent d'autre part résister à la corrosion  must be resistant to corrosion

io sous contrainte dans les boues de forage qui renfer-  under stress in the drilling muds which contain

ment de fortes proportions de chlorure.  high proportions of chloride.

On utilise assez couramment, pour des appli-  It is quite common to use

cations dans le domaine du forage pétrolier, des  cations in the field of oil drilling,

aciers amagnétiques au nickel-chrome ou au chrome-  nickel-chromium or chromium non-magnetic steels

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  nickel-manganese. However, the elements made of these steels which are stressed on the one hand in fatigue and on the other hand in corrosion by drilling muds

ne présentent pas une résistance suffisante à la cor-  do not have sufficient resistance to

rosion 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 entrainent des arrêts d'exploitation et nécessitent  erosion under stress, so that breaks in these parts occur after use of more or less long duration in the well. These breaks lead to shutdowns and require

des réparations extrêmement coûteuses.  extremely expensive repairs.

L'exploitation de matériels de mesure et de commande dans la colonne de forage nécessite d'autre  The operation of measuring and control equipment in the drill string requires other

part l'utilisation d'aciers amagnétiques dont la per-  the use of non-magnetic steels

méabilité ne doit pas excéder 1,005 pour les éléments  must not exceed 1,005 for the elements

tubulaires supportant ces matériels. Les aciers uti-  tubulars supporting these materials. The steels used

lisés pour la réalisation des éléments de la colonne de forage mentionnés ci-dessus doivent donc présenter  the above-mentioned elements of the drill string must therefore

une structure austénitique.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  When such austenitic steels are subjected to stress corrosion, that is to say to stresses in a corrosive medium such as drilling mud heavily loaded with chloride, their resistance to this form of corrosion is mainly obtained by the that these steels develop on their surface a passivation layer whose composition results from the interaction of the corrosive medium with the surface of the steel element whose composition is chosen

pour qu'on puisse obtenir une couche passive satlsfai-  in order to obtain a passive satlsfai-

sante. Cependant, les microdéformations provoquées dans l'élément en acier par des contraintes mécaniques  health. However, the micro-deformations caused in the steel element by mechanical stresses

même relativement faibles, se traduisent par des glis-  even relatively small, translates into

sements qui débouchent à la surface et entraînent une rupture mecanique de la couche passive, si bien qu'il apparaît des zones de la surface o le métal est mis à  which lead to the surface and cause a mechanical break in the passive layer, so that areas of the surface where the metal is

nu. La region ainsi depassivée devient active et pre-  bare. The region thus depassivated becomes active and

sente un potentiel anodique vis-à-vis du reste de la  feels anodic potential vis-à-vis the rest of the

surface qui est restee passive.surface that has remained passive.

A la suite de cette depassivat:on localisee,  As a result of this depassivat: one localized,

trois cas peuvent se présenter, en fonction de la na-  three cases may arise, depending on the

ture du matériau constituant l'élément soumis à la  of the material constituting the element

corrosion sous contrainte.stress corrosion.

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 dépassîvée est le point de départ d'une corrosion qui s'étend  If the rate of repassivation of the material is very slow and in particular much slower than the rate of anodic dissolution, the sliding step having revealed an overshot zone is the starting point of a corrosion which extends

rapidement, de proche en proche, à toute la surface.  quickly, step by step, to the whole surface.

La corrosion n'est donc plus localisée et le matériau  Corrosion is no longer localized and the material

est soumis à une corrosion généralisée.  is subject to generalized corrosion.

Si la vitesse de repassîvation 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  If the re-saturation speed of the exposed metal is very fast, and in particular greater than the active anodic dissolution rate, the passive layer is reformed immediately and no cracking occurs.

ne peut se produire. Cependant, une vitesse de repas-  can not happen. However, a meal speed-

sivation suffisante ne peut être obtenue qu'en utili-  sufficient sivation can only be obtained by using

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  alloys with very high nickel contents of at least 35%. Such alloys are insensitive to stress corrosion, in most

milieux corrosifs habituels mais ne peuvent être uti-  corrosive environments but can not be used

lisés de façon courante, pour des éléments d'une co- lonne de forage dont les dimensions sont généralement  commonly used, for elements of a drill column, the dimensions of which are generally

importantes, à cause de leur prix de revient trop éle-  because of their high cost price.

vé. Enfin, si la vitesse de dissolution anodique  Vee. Finally, if the anodic dissolution rate

et la vitesse de repassivation du matériau sont analo-  and the rate of repassivation of the material are similar

gues, 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  As a result, the depassivated area remains localized and thus stabilized. The crack that originated in this area may, however, spread and lead to a break. Non-magnetic nickel-chromium steels

et au chrome-nickel-manganèse utilisés pour la réali-  chromium-nickel-manganese used for the

sation des éléments d'une colonne de forage sont géné-  components of a drill string are gener-

ralement détruits suivant ce processus.  destroyed by 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 -r18, chrome rJ 12, nickel ' 2, molybdène-:. 0,5, azote'0,3, silicium -- 0,6, soufre < 0,005, phosphore < 0,035. La  In particular, for certain elements of a drill string, a chromium-nickel-manganese steel whose composition is as follows (in% by weight) is commonly used: 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 d'un tel acier est austênitique et ses ca-  The structure of such steel is austere and its

ractéristiques mécaniques minimales obtenues après écrouissage à chaud aux environs de 700' sont les suivantes: - limite élastique = 730 N/mm, résitance à la rupture _ 880 N/mm2, - allongement à la rupture: 23 %, Striction & la rupture = 50 %  Minimum mechanical characteristics obtained after hot work-hardening at around 700 'are the following: - yield strength = 730 N / mm, tensile strength - 880 N / mm 2, - elongation at break: 23%, stress & fracture = 50%

- KCV = 50 J.KCV = 50 J.

Les éléments de colonnes de forage réalisés en cet acier, dont le comportement à la corrosion sous  The drill string elements made of this steel, whose corrosion behavior under

contrainte s'apparente au troisième type décrit ci-  constraint is similar to the third type described above.

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  above, tend to undergo cracking up to complete failure under the effect of stress corrosion under conditions that are

celles du forage en milieu chlorure.  those of drilling in a chloride medium.

Le but de l'invention est donc de proposer un acier amagnétique au manganèse et au chrome résis- tant à la corrosion sous contrainte en milieu chloruré qui permette de réaliser des éléments tubulaires pour  The object of the invention is therefore to provide a manganese and chromium nonmagnetic steel resistant to corrosion under stress in a chlorinated medium which makes it possible to produce tubular elements for

colonnes de forage dont la susceptibilité à la fissu-  drilling columns whose susceptibility to cracking

ration et à la rupture soit nettement limitée.  ration and rupture is clearly limited.

Dans ce but, l'acier suivant l'invention comporte (en masse):  For this purpose, the steel according to the invention comprises (en masse):

- au plus 0,06 % de carbone, de 19 à 26 % de manganè-  - not more than 0,06% of carbon, from 19 to 26% of manganese

se, 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 a 0,1 % en ce qui concerne le molybdène, le reste, à l'exception des impuretés inévitables,  from 7 to 13% of chromium, approximately 0.3% of nitrogen and 0.6% of silicon and residual contents of nickel and molybdenum, less than 0.2% for nickel and 0, 1% for molybdenum, the rest, with the exception of unavoidable impurities,

étant constitué par du fer.being made of iron.

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

suivant l'invention.according to the invention.

Afin de bien faire comprendre l'invention,  In order to fully understand the invention,

on va maintenant décrire, à titre d'exemples non li-  we will now describe, as examples not

mitatifs, 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  two types of alloys according to the invention, as well as the tests carried out on samples made of these steels and a mode of elaboration of elements for

colonne de forage réalisés en acier suivant l'inven-  column made of steel according to the invention

tion. La figure unique est un diagramme donnant la contrainte à la rupture en milieu chloruré d'aciers  tion. The single figure is a diagram giving the stress at break in chloride medium of steels

suivant l'invention et de l'acier suivant l'art anté-  according to the invention and steel according to the prior art

rieur.laughing.

Exemple 1:Example 1

On a élaboré un acier dont la composition est la suivante (en masse %):  A steel has been developed with the following composition (in mass%):

carbone < 0,06, manganèse ' 19,20, chrome 2 12, azote--  carbon <0.06, manganese '19.20, chromium 2 12, nitrogen--

0,3, silicium-- 0,6, soufre <0,005, phosphore < 0,035 nickel < 0,2, molybdène < 0,1, le solde pour arriver à  0.3, silicon-0.6, sulfur <0.005, phosphorus <0.035 nickel <0.2, molybdenum <0.1, the balance to arrive at

% étant constitué, à l'exception d'impuretés iné-  % being constituted, with the exception of inert impurities

vitables, par du fer. 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  vitable, by iron. The structure of such a steel is austenitic and its mechanical characteristics after hot work hardening around 700'C are equivalent to those

de l'acier suivant l'art antérieur décrit ci-dessus.  steel according to the prior art described above.

La perméabilité magnétique de l'acier, infé-  The magnetic permeability of steel, inferred

rieure 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. L'acier suivant l'invention, de manière tout-à- fait surprenante, présente une très bonne tenue  than 1005, also meets the requirements for its use for measurement and control device holders for drill columns. The steel according to the invention, quite surprisingly, has a very good performance

à la corrosion sous contrainte, ainsi qu'il sera mon-  stress corrosion, as it will be

tré plus loin, bien qu'il ne renferme pas d'éléments  much further, although it does not contain any elements

passivants tels que le nickel et le molybdène, en des.  passivating agents such as nickel and molybdenum.

teneurs significatives.significant levels.

Jusqu'ici, pour augmenter la tenue à la cor-  So far, to increase the resistance to

rosion 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  stress-free erosion of such manganese and chromium non-magnetic steels, the aim was to increase the content of passivating elements such as nickel, molybdenum and chromium, within permissible limits.

fonction d'un prix de vente acceptable de l'acier.  function of an acceptable selling price of steel.

Dans le cas de l'acier suivant l'invention, les éléments passivants nickel et molybdène ont été complètement supprimés, et l'élément passivant chrome  In the case of the steel according to the invention, the passivating elements nickel and molybdenum have been completely removed, and the chromium passivating element

a été maintenu à une valeur proche de sa valeur habi-  has been maintained at a value close to its usual value

tuelle.tual.

Exemple 2:Example 2

On a élaboré un second acier dont la compo-  A second steel was developed whose composition

sition est la suivante (en masse %): carbone < 0,06, manganèse _' 25, chrome 2 8, azote, 0,3, silicium - 0,70, soufre < 0,005, phosphore <  sition is the following (in mass%): carbon <0.06, manganese 25, chromium 28, nitrogen, 0.3, silicon - 0.70, sulfur <0.005, phosphorus

0,035.0.035.

Comme dans l'acier de l'exemple 1, le nickel et le molybdène sont maintenus à l'état d'éléments ré- siduels. Dans le cas de cet acier selon l'exemple 2,  As in the steel of Example 1, nickel and molybdenum are maintained as residual elements. In the case of this steel according to Example 2,

non seulement les éléments passivants nickel et molyb-  not only the passivating elements nickel and molyb-

dene ont été supprimés mais encore le chrome a été  dene have been removed but still the chrome has been

abaissé à une teneur très inférieure à la teneur habi-  reduced to a level much lower than the usual level

tuelle. Pour obtenir une structure satisfaisante et donc des propriétés magnetlques convenables de  tual. To obtain a satisfactory structure and therefore suitable magnetic properties of

l'acier, il est nécessaire de respecter certaines re-  steel, it is necessary to respect certain

lations entre ces principaux éléments d'alliage.  between these main alloying elements.

Dans le cas des aciers suivant l'inventon, les teneurs en carbone, azote, silicium, manganèse et chrome (en masse %) doivent satisfaire les relations suivantes: A = 497 - 462 (C + N) - 9,2 Si - 8,1 Mn - 13,7 Cr,  In the case of the steels according to the invention, the contents of carbon, nitrogen, silicon, manganese and chromium (in mass%) must satisfy the following relations: A = 497 - 462 (C + N) - 9.2 Si - 8 , 1 Mn - 13.7 Cr,

avec A < 15.with A <15.

Essais de corrosion 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  Corrosion tests Stress corrosion tests were carried out on steel specimens according to the prior art, the composition of which is given above, in

acier suivant l'exemple 1 et en acier suivant l'exem-  steel according to example 1 and steel according to the example

ple 2 de l'invention.2 of the invention.

Les essais de corrosion ont été réalisés dans une solution dont la composition se rapproche de  The corrosion tests were carried out in a solution whose composition is close to

celle de la boue de forage la plus corrosive rencon-  that of the most corrosive drilling mud encountered

trée et utilisée en forage.tred and used in drilling.

Les teneurs en chlorure d'une telle boue de forage sont les suivantes: Mgcl2 310 g/l  The chloride contents of such a drilling mud are as follows: MgCl2 310 g / l

Nacl 110 g/l.Nacl 110 g / l.

turée en oxygène par bullage d'air pour ne pas bloquer  oxygenated by bubbling air so as not to block

le processus cathodique.the cathodic process.

On a réalisé trois types d'essais.  Three types of tests were performed.

- 1'/ des essais à charge constante.  - 1 '/ constant load tests.

- 2'/ des essais en traction lente.- 2 '/ slow tensile tests.

- 3'/ des essais de fatigue corrosion.  - 3 '/ fatigue corrosion tests.

1V/ Essais à charge constante: Pour chacune des nuances d'acier faisant  1V / Constant load tests: For each of the grades of steel

l'objet des essais, on prépare une éprouvette de trac-  the purpose of the tests, a test piece of trac-

tion 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  according to NACE TM 01-77 and this test piece is immersed in the corrosive solution maintained at 110 ° C. A load corresponding to 90, 75 and 50% of the yield strength is applied successively to these test pieces and the breaking time is recorded under these conditions. The results of the test are presented

dans le tableau I ci-dessous.in Table I below.

TABLEAU ITABLE I

CHARGE NUANCE selon NUANCE NUANCE l'art antérieur Ex. 1 Ex. 2  NUANCE CHARGE according to NUANCE NUANCE the prior art Ex. 1 Ex. 2

% 10 H > 1000 H > 1000 H% 10 H> 1000 H> 1000 H

TEMPSTIME

DE 75 % 6 H > 100 H > 1000 H75% 6 H> 100 H> 1000 H

RUPTUREBREAKING

% 1 H 500 H > 1000 H% 1 H 500 H> 1000 H

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  It therefore appears that the steel grades according to the invention quite unexpectedly have a resistance to stress corrosion which is much greater than that of the grade according to the invention.

l'art antérieur.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. 2'/ Essais en traction lente: La vitesse de déformation lors de l'essai est maintenue à une valeur égale à: 1 x 10-7 L/L sec-, avec j L/L = allongement relatif de l'éprouvette lors  Even more unexpectedly, the shade corresponding to the low chromium example 2 has the best characteristics of corrosion resistance. 2 '/ Slow tensile tests: The strain rate during the test is maintained at a value equal to: 1 x 10-7 L / L sec-, with J L / L = relative elongation of the specimen during

de l'essai.of the test.

es résultats des essais pour la nuance  the test results for the grade

selon l'art anterleur et pour les nuances selon l'in-  according to the art and for the nuances according to the

vention des exemples 1 et 2 sont donnés sur la Figure annexée, sous forme d'un histogramme représentant, de façon comparative, les contraintes a la rupture en  Examples 1 and 2 are given in the accompanying figure, in the form of a histogram representing, in a comparative manner, the breaking stresses in

traction lente des éprouvettes.slow pulling 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  We see that the shades according to the invention have comparable withstand characteristics, under the conditions of the test, these characteristics being much higher than those of the shade according to

l'art antérieur.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 obtenu par l'essai de  In addition, the test makes it possible to quantitatively determine the action of stress corrosion by comparing the tensile strength in the corrosive medium and in the air, this resistance in the air being obtained by means of test of

traction habituel.usual traction.

La résistance à la traction dans le milieu  The tensile strength in the medium

corrosif peut être considérée comme un paramètre tout-  corrosive can be considered as a parameter

à-fait représentatif de la résistance à la corrosion.  is representative of the corrosion resistance.

3'/ Essai de fatigue-corrosion: 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  3 '/ Fatigue-corrosion test: The test consists of subjecting a test specimen to a rotary bending in the chloride solution mentioned above. The speed of rotation is

tours par minute. Dans une première série d'es-  Rotations per minute. In a first series of

sais, 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  that is, a load equal to 75% of the yield strength of the material is applied and, in a second series of tests, a load equal to 50% of this elastic limit. We note each time the number of cycles to

la rupture.breaking.

Les résultats d'essais, pour chacune des sé-  The test results for each of the

ries de mesure et pour la nuance selon l'art anterleur et les deux nuances suivant l'invention sont donnés  for the nuance according to the prior art and the two shades according to the invention are given

aux tableaux II et III, respectivement.  in Tables II and III, respectively.

TABLEAU IITABLE II

A C I E R NOMBRE DE CYCLESA C I E R NUMBER OF CYCLES

Nuance selon l'art antérieur 76 000 Nuance n' 1 selon l'invention 250 000 Nuance n' 2 selon l'invention 375 000  Nuance according to the prior art 76 000 Nuance n '1 according to the invention 250 000 Nuance n' 2 according to the invention 375 000

TABLEAU IIITABLE III

A C I E R NOMBRE DE CYCLESA C I E R NUMBER OF CYCLES

Nuance selon l'art antérieur 21 000 Nuance n' 1 selon l'invention 30 000 Nuance n' 2 selon l'invention 31 000 Les essais montrent que les nuances suivant l'invention ont une tenue très supérieure à la nuance  Nuance according to the prior art 21 000 Nuance No. 1 according to the invention 30 000 Nuance No. 2 according to the invention 31 000 The tests show that the grades according to the invention have a very superior behavior to the grade

selon l'art antérieur, pour une sollicitation en fa-  according to the prior art, for a solicitation in

tigue corrosion, dans un milieu chloruré.  corrosion, in a chlorinated environment.

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  The tests also show that the second grade of the invention, low chromium, has characteristics a little higher than those of the first hue with higher chromium, during the tests.

fatigue corrosion.fatigue corrosion.

4'/ Traitement et mise en forme de pièces  4 '/ Processing and formatting of parts

tubulaires pour colonne de forage.tubular for drill string.

Les deux nuances selon l'invention ont été utilisées pour l'élaboration de pièces tubulaires pour  The two shades according to the invention have been used for the production of tubular parts for

colonnes de forage et en particulier pour la fabrica-  drilling columns and in particular for the manufacture of

tion de masse- tiges. Ces pièces tubulaires ont une  rods. These tubular pieces have a

grande longueur (9 à 10 mètres) et présentent des fi-  length (9 to 10 meters) and have

letages de raccordement à chacune de leurs extrémités.  connection markings at each of their ends.

Des caractéristiques mécaniques des aciers  Mechanical characteristics of steels

selon l'invention au moins équivalentes aux caracté-  according to the invention at least equivalent to the characteristics

ristiques mécaniques des aciers selon l'art antérieur  mechanical properties of steels according to the prior art

sont obtenues par écrouissage à chaud à une tempéra-  are obtained by hot work hardening at a temperature of

ture comprise entre 700 et 800'C, avec un taux d'é-  between 700 and 800 ° C, with a rate of

crouissage 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  hardening of 20 to 30%. The forging temperature of the tubular products is chosen so as to be situated, with respect to the precipitation curve in

l'acier, dans une zone correspondant au Onez de préci-  steel in an area corresponding to the Precision Onez

pitation". On évite ainsi une précipitation grossière  pity. "This avoids a coarse precipitation

de carbonitrures aux joints de grains qui pourrait en-  carbonitrides at the grain boundaries which could

trainer un mécanisme de fissuration intergranulaire.  drag an intergranular cracking mechanism.

Au cours des essais, dans des boues de fora-  During the tests, in sludge

ge dont le pH est compris entre 6 et 8, on n'a pas 1 1 observé ce type de fissuration. En outre, les boues de forage sont généralement à des pH compris entre 10 et 12.  Since the pH is between 6 and 8, this type of cracking has not been observed. In addition, drilling muds are generally at pHs between 10 and 12.

Les conditions du forgeage des pièces tubu-  The conditions for the forging of tubular

laires telles qu'elles ont été définies plus haut cor- respondent à une température de forgeage de 680 à  as defined above correspond to a forging temperature of 680 to

650'C.650 °.

Il s'est avéré impossible de maintenir la température du produit à 680'C pendant toute opération  It was impossible to maintain the product temperature at 680 ° C during any operation

de forgeage et de maintenir cette température constan-  forging and maintain this constant temperature

te sur toute la longueur du produit.  te throughout the length of the product.

On a donc mis au point une technique origi-  We have therefore developed a technique originally

nale 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  forging for tubular pieces of great lengths of steel according to the invention. This technique involves forging first the middle of the bar to

une température correspondant à un point situé au-  a temperature corresponding to a point

dessus de la zone de précipitation; cette température  above the precipitation zone; this temperature

est supérieure à 830'C. On définit le taux d'écrouis-  is greater than 830 ° C. The rate of hardening

sage 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  It is wise to obtain the required mechanical characteristics at this forging temperature, then the bar is forged at its ends (over a length of about 1.5 meters) at a temperature corresponding to

un point situé en-dessous de la zone de précipitation.  a point below the precipitation zone.

L'opération de forgeage est donc réglée en  The forging operation is thus regulated by

fonction de la courbe de refroidissement à l'air am-  function of the air cooling curve am-

biant de l'acier, pour éviter de forger dans la zone  binder of steel, to avoid forging in the area

critique de précipitation.precipitation criticism.

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  This results in a tubular element of great length for a drill string having satisfactory mechanical characteristics, good resistance to intergranular cracking, and

manière générale, une très bonne résistance à la cor-  Generally speaking, very good resistance to

rosion dans les boues de forage chlorurées.  erosion in chlorinated drilling muds.

L'invention ne se limite pas aux deux nuan-  The invention is not limited to the two

ces qui ont été décrites ci-dessus et, en particulier,  those which have been described above and, in particular,

les teneurs en manganèse et en chrome de l'acier sui-  the manganese and chromium contents of the steel

vant l'invention peuvent être différentes des teneurs mentionnées cidessus. 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  the invention may be different from the levels 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 content

chrome doit être supérieure ou égale à 7 % et infé-  chromium must be greater than or equal to 7% and

rieure ou égale à 13 %. Pour les teneurs en chrome se  13% or more. For chromium contents

situant vers la limite inférieure du domaine de compo-  situated towards the lower limit of the

sition, la corrosion localisée, par exemple sous l'ef-  localized corrosion, for example under the influence of

fet de sollicitations alternées, n'apparait plus et seule la corrosion généralisée de l'acier peut être  fet of alternating solicitations, no longer appears and only the generalized corrosion of steel can be

observée.observed.

Claims (7)

REVENDICATIONS 1.- Acier amagnétique au manganèse et au chrome résistant à la corrosion sous contrainte en milieu chloruré caractérisé par le fait qu'il comporte (en masse), au plus 0,06 % de carbone, de 19 à 26 % de  1. Non-magnetic manganese and chromium steel resistant to corrosion under stress in a chlorinated medium, characterized in that it comprises (by mass), at most 0.06% of carbon, from 19 to 26% of manganèse, de 7 à 13 % de chrome, environ 0,3 % d'azo-  manganese, 7 to 13% chromium, approximately 0.3% azo- te et 0,6 % de silicium et des teneurs résiduelles en  te and 0.6% silicon and residual contents in nickel et molybdène inférieures à 0,2 et 0,1 % respec-  nickel and molybdenum less than 0.2 and 0.1% respectively tivement, le reste, à l'exception des impuretés inévitables,  the rest, with the exception of unavoidable impurities, étant constitué par du fer.being made of iron. 2.- Acier amagnétique suivant la revendica-  2.- Non-magnetic steel according to the claim tion 1 caractérisé par le fait qu'il renferme (en mas-  characterized by the fact that it contains (in se) à peu près 19,2 % de manganèse et 12 % de chrome.  se) about 19.2% manganese and 12% chromium. 3.- Acier amagnétique suivant la revendica-  3.- Non-magnetic steel according to the claim tion 1 caractérisé par le fait qu'il renferme (en mas-  characterized by the fact that it contains (in se) à peu près 25 % de manganèse et 8 % de chrome.  se) about 25% manganese and 8% chromium. 4.- Acier amagnétique suivant l'une quelcon-  4.- Non-magnetic steel according to any one que des revendications 2 et 3 caractérisé par le fait  that claims 2 and 3 characterized by the fact qu'il renferme moins de 0,005 % de soufre et 0,035 %  it contains less than 0.005% sulfur and 0.035% de phosphore.of phosphorus. 5.- Acier amagnétique suivant la revendica-  5. Non-magnetic steel according to the claim tion 1 caractérisé par le fait que ses teneurs en car-  characterized by the fact that its bone C, en azote N, en silicium Si, en manganèse Mn et  C, nitrogen N, silicon Si, manganese Mn and en chrome Cr sont telles qu'elles respectent la rela-  in Cr chromium are such that they respect the relationship tion suivante:following statement: 497 - 462 (C + N) - 9,2 Si - 8,1 Mn - 13,7 Cr < 15.  497 - 462 (C + N) - 9.2 Si - 8.1 Mn - 13.7 Cr <15. 6.- Elément tubulaire pour colonne de forage caractérisé par le fait qu'il est réalisé en un acier comportant (en masse), au plus 0,06 % de carbone, de 19 à 26 % de manganèse, de 7 à 13 % de chrome, environ  6.- tubular element for drill string characterized in that it is made of a steel comprising (en masse), at most 0.06% of carbon, 19 to 26% of manganese, 7 to 13% of chrome, about 0,3 % d'azote et 0,6 % de silicium et des teneurs ré-  0.3% nitrogen and 0.6% silicon and siduelles en nickel et molybdène inférieures à 0,2 % et 0,1 % respectivement, le reste, à l'exception des impuretés inévitables,  nickel and molybdenum alloys less than 0.2% and 0.1% respectively, the rest, with the exception of unavoidable impurities, étant constitué par du fer.being made of iron. 7.- Elément tubulaire suivant la revendica-  7.- Tubular element according to the claim tion 6, d'une grande longueur, de l'ordre de 10 mè-  tion 6, of great length, of the order of 10 tres, caractérisé par le fait qu'il est obtenu par une opération de forgeage d'une barre consistant à forger, dans un premier temps, la partie centrale de la barre  characterized in that it is obtained by a forging operation of a bar of forging, initially, the central portion of the bar à une température située au-dessus de la zone de pré-  at a temperature above the pre- cipitation dans l'acier et, dans un deuxième temps, à forger les extrémités de la barre, à une température située en-dessous de la zone de précipitation dans l'acier.  in the steel and then forging the ends of the bar at a temperature below the precipitation zone in the steel.
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