Fatigue of Drillstring: State of the Art

Fatigue des tiges de forage : état de l'art

Institut Français du Pétrole

Corresponding author: olivier. vaisberg@ifp. fr

Abstract

Failure due to fatigue is a very costly problem in oil and gas industry. Many investigators have previously addressed this problem, but its frequency of occurrence is still excessive. Torque and tension can be correctly predicted but computations of fatigue duration are still approximate. Regarding the fatigue failure of drillstring, this paper summarizes the state of the art. Prediction and calculation of fatigue duration are stated, including both history of the simplified approach based on Miner's rule and a few elements of the fracture mechanics theory. Existing inspection methods, their limitations and further recommendations are provided. Moreover, the fatigue tests are performed when human life and environment may be at risk. The loading conditions, the test frequency, the number and the size of test specimens are given. Environmental effects such as corrosion are recalled. Prevention and inhibitors are mentioned. Last chapter focuses on enhancement of drillstring. Drillpipes geometry improvement, connections re-design, steel properties such as toughness, tool-joints hardfacing and inspection of drillpipes are discussed.

Résumé

La rupture des tiges de forage est un problème coûteux dans l'industrie de ce secteur. Bien que de nombreux spécialistes se soient penchés sur ce point, la fréquence des ruptures demeure toujours importante. Les ruptures par torsion ou par tension restent toutefois limitées, car les causes en sont connues et peuvent être aisément corrigées, en revanche, les ruptures par fatigue sont plus difficilement appréhendées. Le présent article se propose d'établir un état de l'art sur la fatigue des tiges de forage. La prédiction et les calculs d'un dommage de fatigue sont ici abordés selon la méthode simpliste du cumul de dommage (somme de Miner) mais aussi de façon plus complexe, par l'utilisation des éléments de la mécanique de la rupture. Les méthodes d'inspection et leurs limitations sont discutées, des recommandations sont également émises. Par ailleurs, des tests de fatigue sont mis en Suvre face au risque humain ou environnemental. Cette étude précise les conditions de chargement, la fréquence des essais, le nombre et la taille des éprouvettes. Nous rappelons les effets d'un environnement corrosif ainsi que leur prévention, bien que ce sujet ne soit pas l'objet principal de cet article. Le dernier chapitre résume les différentes façons d'améliorer les tiges de forage. À ce titre, il aborde la géométrie, le design des connexions, les propriétés de l'acier telles que la résilience, le rechargement dur des tool-joints et l'inspection des garnitures de forage.