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Quatre questions et réponses concernant le choix des matériaux pour exploiter des gisements de pétrole et de gaz sulfureux

Quatre questions et réponses concernant le choix des matériaux pour exploiter des gisements de pétrole et de gaz sulfureux

7 avril 2020 | Natalie Hagan, responsable des raccords

Alors que les producteurs de pétrole et de gaz s’efforcent de répondre à la demande énergétique mondiale et cherchent à élargir leurs sources de revenus, tous se tournent vers l'exploitation de réserves non conventionnelles à des profondeurs et des distances des côtes toujours plus importantes. Dans de tels environnements, les conséquences de fuites causées par des gaz acides ou toute autre défaillance grave des systèmes peuvent coûter très cher. Les fluides traités contiennent du sulfure d’hydrogène (H2S), un gaz corrosif, inflammable et toxique. Cette corrosivité peut pousser les alliages à leurs limites et favoriser le phénomène de corrosion sous contrainte due aux gaz sulfureux (CCS) avec des aciers faiblement alliés et l’acier au carbone à haute résistance. La CCS peut conduire à une fragilisation des matériaux et à la rupture brutale d’alliages métalliques normalement ductiles.

Identifiez la corrosion sous contrainte due aux gaz sulfureux avec notre guide de sélection des matériaux

Avec l’exploitation croissante de gisements contenant du sulfure d’hydrogène, il est essentiel de bien comprendre les normes NACE pour s’assurer que les matériaux choisis pourront résister à ces conditions extrêmes. Une des normes qui guide la sélection des alliages utilisés dans des environnements corrosifs est la norme MR0175/ISO 15156. Cette norme contient des tableaux dans lesquels figurent des conditions et des limites environnementales relatives aux matériaux utilisés dans des applications qui mettent en œuvre des gaz corrosifs en amont.

Comprendre ces spécifications et connaître les matériaux que vous pouvez utiliser vous aidera à lutter contre plusieurs types de corrosion, y compris ceux qui sont les plus répandus dans les gisements de pétrole sulfureux. Nous répondons ici à quatre questions souvent posées au sujet du choix des matériaux pour des environnements corrosifs, afin que vous puissiez choisir les composants les plus à même de garantir un fonctionnement efficace et sûr des systèmes fluides.

Question nº 1 : Quels sont les matériaux réglementaires pour des applications qui mettent en œuvre des gaz acides ?

La norme NACE MR0175/ISO 15156 précise les matériaux appropriés pour la production de pétrole et de gaz contenant du sulfure d’hydrogène, notamment l'acier inoxydable 316 et les alliages 6-moly, 2507, 825, 625, C-276 et 400. La norme précise également les limites d’utilisation et les limites environnementales de chacun de ces matériaux.

Aucun acier inoxydable n’échappe complètement à la corrosion sous contrainte due aux ions chlorure (CSC). Lorsque vous sélectionnez des raccords pour tubes en acier inoxydable 316, il est important d’opter pour un acier dont les teneurs en nickel et en chrome sont supérieures au minimum exigé par l’ASTM, à savoir 10 % et 16 % respectivement. Des raccords pour tubes fabriqués dans un acier inoxydable 316/316L aux teneurs minimales en nickel et en chrome se sont avérés plus sensibles à la corrosion sous contrainte due aux ions chlorure. Des aciers contenant davantage de nickel offrent une meilleure résistance à la corrosion généralisée, ont une austénite plus stable et sont moins sujets à la formation de martensite, et résistent davantage à la fragilisation par l'hydrogène. Lorsque le matériau contient de grandes quantités de martensite, il se fragilise sous l’action de l'hydrogène et devient sensible à la fissuration. Des aciers qui contiennent davantage de chrome offrent une plus grande résistance à la corrosion par piqûres.

Connaître les matériaux disponibles pour lutter contre la corrosion

Question nº 2 : Quels sont les risques ou les dégâts potentiels que l’on peut éviter en choisissant des matériaux adaptés ?

L'utilisation du bon matériau dans une application qui met en œuvre des gaz acides permet de réduire les risques de corrosion sous contrainte due aux gaz sulfureux et aux ions chlorure. Une fois le matériau corrodé, sa dégradation peut entraîner des défaillances potentiellement catastrophiques – avec des conséquences pour l'environnement, le personnel et la sécurité – et induire des coûts de production imprévus. Ce risque oblige à bien comprendre les exigences des normes et spécifications NACE, qui dépendent des caractéristiques de l’environnement dans lequel le produit sera utilisé.

Question nº 3 : Quels sont les principaux facteurs à prendre en compte pour choisir le matériau qui va le mieux résister à la corrosion ?

Il est important de prendre en compte les risques de corrosion associés aux conditions d’exploitation (y compris lors du démarrage et de l’arrêt des installations), la résistance des matériaux candidats à cette corrosion et les possibilités d’accès au matériel pour effectuer des opérations de maintenance ou des réparations. Par ailleurs, connaître les paramètres de l’application – pression, température, concentration en ions chlorure, pH, pression partielle du sulfure d’hydrogène – pourra vous aider à choisir le bon matériau. Une formation à la physique des matériaux vous apprendra comment choisir les meilleurs matériaux en fonction des pressions et températures nominales de votre application, des risques de corrosion et de la réglementation.

Question nº 4 : Dans quelle mesure des matériaux conformes à la norme NACE améliorent-ils la sécurité et l’efficacité opérationnelles ?

La dégradation des matériaux peut entraîner la défaillance prématurée de composants – avec des risques pour le personnel et les installations – ainsi qu’une possible contamination des produits, ce qui va occasionner des pertes de production et des coûts de maintenance élevés. Choisir le bon matériau en fonction des conditions environnementales et des paramètres du process peut contribuer à prolonger la durée de vie des installations, à améliorer la sécurité et à assurer durablement l’intégrité des systèmes. De plus, l’utilisation de matériaux conformes réduit également le risque de devoir plus tard retravailler sur un équipement qui aura été construit avec des matériaux non conformes.

Lire un résumé des exigences de la norme NACE

La fiabilité des matériaux est essentielle alors que l'industrie du pétrole et du gaz poursuit l’exploitation de gisements contenant des gaz acides. Une attention particulière doit être portée aux matériels sensibles à la corrosion que sont notamment les vannes, les raccords et les instruments. Il est crucial d’observer les recommandations de la norme NACE MR0175/ISO 15156 et d’avoir une bonne connaissance des limites des différents alliages pour assurer la sécurité et la longévité des équipements utilisés dans des environnements corrosifs difficiles.

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