Les tiges de forage pétrolier sont fabriquées en assemblant le raccord et le corps de la tige après leur production séparée. Bien que le soudage par friction ait été appliqué avec succès au soudage des tiges de forage, le procédé présente encore certains défauts, tels que des défauts de soudure, des bavures sur la paroi externe et une structure grossière dans la zone de soudure. Face à ces inconvénients, un procédé de soudage par diffusion en phase liquide transitoire (TLP) a été mis en œuvre sur les tiges de forage, sous atmosphère ambiante et sous protection d'argon. Ce procédé a permis d'obtenir un joint présentant une structure et des performances optimales, ce qui représente une avancée significative pour le développement de la technologie de soudage par diffusion dans l'industrie pétrolière.
Premièrement, les matériaux d'essai
Le test utilise un corps de tige de forage et un joint de tige de forage de 127 mm x 10 mm, en acier 35CrMo. La couche intermédiaire utilisée est une feuille amorphe à base de fer-nickel FeNi-CrSi-B, son point de fusion est de 1050 à 1100 °C et son épaisseur est de 25 µm.
Deuxièmement, le matériel de soudage
L'équipement spécial de soudage par diffusion pour tiges de forage se compose principalement d'une alimentation moyenne fréquence, d'un élément chauffant à induction, d'un système de serrage et d'un système hydraulique, d'un système de refroidissement, d'un système de protection et d'un système de contrôle. L'élément chauffant à induction est un modèle monobloc à deux spires (supérieure et inférieure), doté d'un circuit d'eau de refroidissement interne et d'un circuit de gaz de protection externe. Fonctionnant en eau, électricité et gaz, il est simple d'utilisation et facilite l'installation et le retrait des pièces. Le système hydraulique assure la force de serrage et la force de maintien nécessaires à la fixation et à la pression de soudage de la pièce. Le système de contrôle, basé sur un module PLC+PRC, permet de paramétrer le processus via un écran tactile pour une interface homme-machine intuitive. Le système de refroidissement, composé d'un réservoir d'eau, d'une pompe, d'un dissipateur thermique et d'un ventilateur, refroidit le dispositif de fixation, l'élément chauffant à induction et le système hydraulique par circulation d'eau.
Troisièmement, le procédé de soudage par diffusion
① En tournant le joint de la tige de forage et la face d'extrémité de la tige, la rugosité moyenne est Ra6,3 µm.
2. Mettez en marche le chauffage par induction et soulevez le mandrin du bâti en C et du portique. Installez le raccord de la tige de forage sur le support de positionnement du bâti en C. Le commutateur de fin de course commande le déplacement du bâti en C jusqu'à ce que la face d'extrémité du raccord à souder soit au centre du chauffage par induction. Chargez le corps de la tige de forage par la droite ; il est serré lorsque les deux faces d'extrémité à souder sont en contact. Ajustez le support de positionnement sur le bâti en C pour corriger tout désalignement.
③Déplacez le cadre en forme de C pour séparer les deux faces d'extrémité à souder, placez la feuille d'alliage de couche intermédiaire Fe-Ni-Cr-Si-B de même forme que la face d'extrémité à souder sur les deux faces d'extrémité à souder, repoussez le cadre en forme de C vers le cadre supérieur et pressez la feuille d'alliage de couche intermédiaire.
④ Fermez le dispositif de chauffage par induction, connectez le thermomètre à fibre optique, activez le refroidissement par eau et la protection à l'argon, paramétrez le soudage et le traitement thermique sur l'écran tactile, puis exécutez le programme de soudage via l'automate programmable (PLC) et le contrôleur de processus (PRC). Le soudage par diffusion des tubes de forage est réalisé avec les paramètres suivants : température de chauffe de 1215 °C, temps de maintien de 4 min et pression de 9 MPa. Après soudage, la température de chauffe est de 650 °C, suivie d'un revenu de 5 min.
⑤ Une fois le programme de soudage terminé, allumez le chauffage par induction et soulevez le mandrin du cadre en C et du portique. Le tube de forage soudé est déchargé par la droite grâce au mécanisme de déchargement, puis le cadre en C retourne vers la gauche ; le soudage est alors terminé.
Quatrièmement, l'analyse conjointe
Des essais de traction et de flexion sont réalisés sur l'échantillon après soudage. Le tube de forage est soudé par diffusion en phase liquide. La déformation du joint est faible, aucune bavure n'est observée lors du soudage par friction et la soudure est esthétique. Lors de l'essai de traction, le joint s'est rompu au niveau du matériau de base. La résistance du joint soudé par diffusion est supérieure à celle du matériau de base. Lors de l'essai de flexion, le joint n'a pas rompu après un pliage aller-retour de 180°. Le joint présente une bonne plasticité.
Date de publication : 8 avril 2025