Introduction
Dans les environnements propices à la corrosion ou lorsque les conditions d’inspection sont exigeantes – comme dans le cas du forage pétrolier en haute mer ou du transport de liquides sous haute pression, il faut utiliser des tubes à paroi très épaisse ou dont le rapport « épaisseur de paroi/diamètre » est élevé. Le contexte dans lequel ces tubes sont utilisés exige, dans le cadre d’un processus de contrôle de la qualité, qu’on les inspecte à l’aide d’une méthode fiable comme celle utilisée pour l’inspection des tuyaux à paroi très mince.
Pour rester compétitifs sur le marché du matériel tubulaire pétrolier (OCTG) et du forage en mer, les fabricants doivent pouvoir contrôler la qualité des tubes à paroi épaisse tout en maintenant un niveau de productivité élevé. Cette note d’application présente une solution d’inspection automatisée qui répond à ces exigences et qui est spécialement conçue pour les tubes à paroi épaisse ou dont le rapport épaisseur de paroi/diamètre est élevé.
Figure 1 – Tube à paroi très épaisse
Défis que pose l’inspection UT des tubes à paroi très épaisse
Les méthodes par ultrasons conventionnels pour l’inspection de tubes à paroi épaisse manquent parfois d’efficacité. Dans certains cas, le rebond (« skip ») sur la paroi du diamètre interne (DI) peut générer un parcours sonore particulièrement long, ce qui réduit le rapport signal sur bruit (SNR) [voir figure 2]. À l’inverse, il est également difficile d’effectuer une inspection UT lorsqu’aucune réflexion ne se produit sur le DI parce que le tube présente un rapport épaisseur/diamètre trop élevé (voir figure 3). On peut alors utiliser un angle de sonde inférieur, mais cette solution présente des limites lorsque l’épaisseur de paroi ou que le rapport épaisseur/diamètre est supérieur à une certaine valeur. L’épaisseur importante de la paroi exige une longue colonne d’eau, ce qui augmente la longueur totale du parcours sonore. La méthode standard par réflexion sur le DI génère un parcours sonore dont la longueur nuit à la qualité de l’inspection et en ralentit la cadence, ce qui entraîne une diminution de la productivité.
Figure 2 – Parcours sonore très long en raison du rebond (« skip ») sur le DI à l’intérieur d’un tube très épais
Figure 3 – Aucune réflexion du faisceau ultrasonore sur le DI dans un tube dont le rapport épaisseur/diamètre est trop élevé
Système rotatif d’inspection de tubes épais utilisant les ultrasons multiéléments (PAUT)
Ce système rotatif d’inspection spécialement conçu pour les tubes dont l’épaisseur de paroi est supérieure à 2 po (50,8 mm) utilise deux sondes placées à angles différents à l’intérieur d’un sabot à colonne d’eau pour détecter les défauts longitudinaux sur les diamètres interne et externe du tube.
- On utilise un angle d’incidence de 8 degrés pour détecter les défauts du DI.
- Pour les défauts du DE, on utilise un angle d’incidence de 25 degrés qui crée un parcours direct vers la paroi extérieure.
Deux sabots à colonne d’eau sont utilisés pour inspecter les deux côtés de chaque défaut :
- Le premier sabot inspecte les défauts du DI dans le sens horaire et les défauts du DE dans le sens antihoraire.
- Le second sabot inspecte les défauts du DE dans le sens horaire et les défauts du DI dans le sens antihoraire.
Cette configuration génère un parcours sonore plus directement orienté vers les défauts, ce qui permet de réduire la colonne d’eau à 60 mm (2,36 po) pour les épaisseurs de paroi de 1,96 po à 2,95 po (de 50 mm à 75 mm).
Résultats
Un parcours sonore orienté directement vers le défaut réduit la distance de déplacement des ultrasons et contribue à augmenter la probabilité de détection des défauts longitudinaux dans les tubes à paroi épaisse. Pour les tubes dont le rapport épaisseur/diamètre est élevé, cette technique peut résoudre la difficulté de générer une réflexion efficace sur le DI pour détecter les défauts sur le DE.
La figure 5 et la figure 6 présentent un exemple de balayage d’inspection effectué sur un tube à paroi épaisse. Dans la vue déroulante du balayage (en haut), l’axe x représente la longueur axiale du tube, et l’axe y montre l’amplitude de détection des défauts sur le DI et le DE. La partie inférieure de l’image montre une vue cartographique affichant également les résultats 2D complets autour du tube. Le tube utilisé pour cet exemple a une épaisseur de 2,95 pouces (75 mm) et le rapport signal sur bruit est d’environ 15 dB et 22 dB respectivement pour les défauts du DI et du DE.
Figure 5 – Résultats de l’inspection pour les défauts longitudinaux sur le DI
Figure 6 – Résultats de l’inspection pour les défauts longitudinaux sur le DE
Conclusion et principaux avantages de ce système rotatif d’inspection des tubes à paroi épaisse
Pour les tubes à paroi très épaisse ou dont le rapport épaisseur/diamètre est élevé, cette solution simple utilisant les ultrasons multiéléments (PA) peut servir à inspecter de manière fiable les défauts orientés longitudinalement sur les surfaces des diamètres intérieur et extérieur. Ni la répétabilité ni le rapport signal sur bruit ne sont compromis par le parcours sonore plus court durant cette inspection spécialisée utilisée pour détecter les défauts longitudinaux sur les diamètres intérieur et extérieur.
Nous avons testé et vérifié la faisabilité de cette méthode sur des tubes présentant des rapports épaisseur/diamètre supérieurs à 30 % et une épaisseur de 2,95 po (75 mm), ce qui étend donc les capacités du contrôle par ultrasons à une gamme de tubes dont l’inspection était auparavant considérée comme complexe et délicate. Les fabricants qui ont besoin d’une solution d’inspection des tubes à paroi épaisse peuvent mettre en place cette méthode afin d’améliorer la productivité et la fiabilité de leur processus de contrôle qualité.
