International audienceStress-controlled fatigue tests were run at different R ratios (¼ r min =r max) up to at most 3 million cycles on a 2.5%Cr–1%Mo steel (ASTM A182 F22) used in riser tubes connectors for offshore oil drilling. The fatigue lives, as well as the slope of the S–N curves were found to decrease with increasing R and the endurance limit to follow Gerber's parabola. Surface crack initiation without any defect involved, was most often observed for R = À1, À0.5 and 0, while an R ratio of 0.25 triggered crack initiation from either surface or internal pores or chemically inhomogeneous areas, leading, in the latter case, to fish-eye patterns for relatively low numbers of cycles. A further increase in R ratio to 0.5 promoted only defect-initiated surface cracks, while no fatigue fracture was observed within 10 million cycles above R ¼ 0:6. These transitions in crack initiation mode are discussed based on X-ray diffraction analyses of residual stresses, elastic–plastic F.E. computations on a unit cell model containing a pore and some fracture mechanics analyses, with a particular attention to environmental effects
Résumé -Développement d'un riser hybride 14"ID haute pression pour le forage SBOPCet article présente le développement d'un riser hybride 14"ID haute pression (10 000 psi) pour le forage en offshore ultra profond (10 000 ft) avec BOP en surface. Ce système mécanique est obtenu en adaptant et combinant deux technologies préexistantes, développées par l'IFP pour d'autres applications : -les connecteurs Clip, comportant une double rangée de dentures alternées pour procurer un moyen de connexion sûr et rapide des éléments de riser ; -les tubes hybrides, obtenus par frettage circonférentiel de tubes en acier au moyen de rubans constitués de fibres de carbone imprégnées d'une résine polyamide thermoplastique. L'IFP a développé un nouveau connecteur Clip de 355,6 mm (14") de diamètre intérieur pour l'application au riser hybride haute pression. Ce connecteur est capable de supporter une tension axiale de 1270 t et une pression opératoire de 690 bar. Par ailleurs, un tube hybride de 406,4 mm (16") de diamètre extérieur nominal a été dimensionné pour remplacer le tube riser en acier conventionnel par un tube fretté d'épaisseur plus faible, donc plus léger. Le gain de poids significatif ainsi obtenu permet de concevoir un système riser capable de supporter les spécifications de tenue aux fortes pressions et aux grandes profondeurs d'eau. Suite à des études de conception et de dimensionnement, un ensemble prototype de diamètre intérieur 14" a été fabriqué, consistant en deux sections de riser hybride jointes par un connecteur Clip haute pression. Un programme de tests incluant des essais d'éclatement en pression interne et d'écrasement en pression externe, ainsi que des essais de fatigue en traction axiale cyclique, a été défini et réalisé pour qualifier les performances du connecteur Clip et des tubes hybrides. La réalisation d'essais de fatigue complémentaires des tubes hybrides et le test sur champ d'un élément de riser prototype à échelle 1 devraient être les prochaines étapes du projet. Au stade actuel, les résultats des essais (éclatement, collapse, fatigue) confirment que les connecteurs Clip et les tubes hybrides sont des technologies bien adaptées pour le forage en offshore ultra profond avec BOP en surface. Toutefois, la tenue en fatigue des tubes hybrides requiert encore une qualification plus approfondie.
Abstract
Combined cyclic tension and internal pressure tests with various proportions of each loading were run on a 2.5%Cr-1%Mo steel in air and in 3.5% NaCl solution, with and without cathodic protection to investigate the effect of positive stress biaxiality on corrosion-fatigue lives and damage mechanisms. At free potential, a strong reduction in fatigue resistance was observed for uniaxial as well as for equibiaxial cyclic tension and attributed to multiple crack initiation from corrosion pits. Cathodic protection completely cancelled the detrimental effect of the corrosive environment on fatigue lives whatever the load biaxiality was, in spite of an obvious enhancement of intergranular fracture attributed to hydrogen embrittlement.
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