{"id":2464,"date":"2019-01-08T18:50:48","date_gmt":"2019-01-08T17:50:48","guid":{"rendered":"https:\/\/blogs.solidworks.com\/solidworksfrance\/?p=2464"},"modified":"2019-01-08T18:50:48","modified_gmt":"2019-01-08T17:50:48","slug":"simulation-structurelle-et-des-fluides-pour-les-produits-petroliers-et-gaziers","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/blogs.solidworks.com\/solidworksfrance\/2019\/01\/simulation-structurelle-et-des-fluides-pour-les-produits-petroliers-et-gaziers.html","title":{"rendered":"Simulation structurelle et des fluides pour les produits p\u00e9troliers et gaziers"},"content":{"rendered":"

La conception de produits p\u00e9troliers et gaziers pr\u00e9sente de nombreux d\u00e9fis uniques. Pour les concepteurs et les ing\u00e9nieurs, la premi\u00e8re \u00e9tape consiste \u00e0 comprendre le fonctionnement d’un puits p\u00e9trolier et sa composition. La figure ci-dessous pr\u00e9sente un puits de p\u00e9trole classique. La gaine du puits est en contact avec le sol, elle est par cons\u00e9quent soumise \u00e0 une pression externe. La colonne a pour r\u00f4le l’acheminement du fluide, elle peut donc \u00eatre soumise \u00e0 diff\u00e9rentes contraintes comme une pression interne et externe ainsi que des forces de tension et de compression.<\/p>\n

La tige de pompage se situe \u00e0 l’int\u00e9rieur de la colonne et permet d’activer la pompe se trouvant au fond du puits de p\u00e9trole. Un puits de p\u00e9trole classique a une profondeur comprise entre 1 500 m et 5 000 m, en fonction de la r\u00e9gion d’exploration. De nombreuses connexions sont regroup\u00e9es dans un seul c\u00e2ble, par cons\u00e9quent si une seule de ces connexions \u00e9choue, c’est toute la production du puits de p\u00e9trole qui est affect\u00e9e.<\/p>\n

\"oilwell_1_-_copy.png\"<\/a><\/p>\n

Puits de p\u00e9trole<\/strong><\/p>\n

Il existe une grande vari\u00e9t\u00e9 de produits p\u00e9troliers et gaziers, mais, dans cet article, je me concentrerai sur deux d’entre eux : la connexion de la tige de pompage et la connexion filet\u00e9e entre la colonne et la gaine. Ces composants pr\u00e9sentent diff\u00e9rentes d\u00e9faillances dans le puits de p\u00e9trole qui entra\u00eenent des probl\u00e8mes de production et peuvent provoquer l’augmentation des co\u00fbts. La figure ci-dessous nous montre une connexion de tige de pompage (\u00e0 gauche) et une connexion colonne-gaine (\u00e0 droite).\"oilwell_2right.png\"<\/a><\/p>\n

\"oilwell_2left.png\"<\/a><\/p>\n

Connexion de tige de pompage et connexion filet\u00e9e<\/strong><\/p>\n

Dans le cadre de la simulation de ces composants, il est tr\u00e8s important de conna\u00eetre le processus entra\u00eenant la d\u00e9faillance pour chacun d’entre eux. Dans le cas des tiges de pompage, des charges altern\u00e9es transmettent un champ de contraintes variable. Des concentrations de contraintes sont \u00e9galement visibles dans les fonds de filet. Les effets de ces contraintes tendent \u00e0 produire des ruptures de fatigue apr\u00e8s un certain nombre de cycles.<\/p>\n

La figure ci-dessous montre une connexion de tige de pompage pr\u00e9sentant une d\u00e9faillance dans le dernier fond de filet engag\u00e9. La photographie de gauche indique le point de rupture tandis que celle de droite montre le processus de rupture qui commence par une rupture ductile jusqu’\u00e0 ce que toute la section se rompe et pr\u00e9sente une fracture fragile. L’image du bas montre une connexion compl\u00e8te et un d\u00e9but de fracture sur le composant de la tige.<\/p>\n

\"oilwell_3.png\"<\/a><\/p>\n

Rupture de fatigue dans les tiges de pompage<\/strong><\/p>\n

Les connexions filet\u00e9es colonne-gaine pr\u00e9sentent un autre mode de d\u00e9faillance. Puisqu’elles sont soumises \u00e0 d’autres types de charges statiques (tension, compression, pression interne et pression externe), une d\u00e9formation permanente appara\u00eet en raison de la plasticit\u00e9 du mat\u00e9riau. Enfin, le probl\u00e8me avec ces connexions r\u00e9side dans les fuites au niveau de la zone d’\u00e9tanch\u00e9it\u00e9.<\/p>\n

D\u00e9faillance d\u00fbe \u00e0 une d\u00e9formation permanente<\/strong><\/p>\n

\"oilwell_4.png\"<\/a><\/p>\n

Solutions SOLIDWORKS Simulation<\/strong><\/p>\n

Ces modes de d\u00e9faillance sur les connexions des tiges de pompage et les connexions colonne-gaine entra\u00eenent une augmentation des co\u00fbts et allongent les d\u00e9lais de d\u00e9veloppement. Pour \u00e9viter ces probl\u00e8mes, il est n\u00e9cessaire de recourir \u00e0 des logiciels qui vous permettent de tester diff\u00e9rentes options de conception et d’\u00e9valuer les performances des produits. Ces logiciels doivent \u00eatre simples et intuitifs et offrir une assistance en continu.<\/p>\n

Caract\u00e9ristiques cl\u00e9s de la plate-forme SOLIDWORKS<\/strong><\/p>\n

La solution \u00e0 la rupture de fatigue dans les tiges de pompage consistait \u00e0 revoir la conception de la connexion en utilisant des facteurs de concentration des contraintes pour obtenir la conception optimale. L’image ci-dessous \u00e0 gauche montre le r\u00e9sultat de la conception API classique (option 1) et une nouvelle conception API modifi\u00e9e (option 2). La nouvelle conception comporte uniquement une modification au niveau de l’angle permettant de mieux r\u00e9partir le champ de contraintes par rapport \u00e0 la conception pr\u00e9c\u00e9dente. Vous pouvez observer sur la droite une comparaison des coefficients de contraintes. La conception classique pr\u00e9sente les moins bonnes valeurs (courbe rouge) et le coefficient de contraintes de la nouvelle conception est clairement meilleur (courbe verte).<\/p>\n

\"oilwell_5.png\"<\/a><\/p>\n

R\u00e9sultats pour la tige de pompage<\/strong><\/p>\n

En ce qui concerne la connexion filet\u00e9e, la performance du joint au niveau de la connexion a \u00e9t\u00e9 \u00e9valu\u00e9e, ce qui a permis au concepteur de d\u00e9finir les charges critiques. L’image ci-dessous me permet de vous montrer la zone d’\u00e9tanch\u00e9it\u00e9 (\u00e0 gauche) et l’\u00e9valuation de la performance du joint (\u00e0 droite). J’utilise g\u00e9n\u00e9ralement trois types de facteurs : 1) SF \u2013 force du joint ; 2) SP \u2013 pic d’\u00e9tanch\u00e9it\u00e9 ; et 3) SL \u2013 longueur du joint. Ces facteurs m’ont permis d’\u00e9valuer la performance du joint.<\/p>\n

\"oilwell_6.png\"<\/a><\/p>\n

R\u00e9sultats pour la connexion filet\u00e9e<\/strong><\/p>\n

Pour r\u00e9sumer l’\u00e9tude de ces deux cas, nous pouvons d\u00e9gager les conclusions suivantes :<\/p>\n