Construction of a Corrosion Test Chamber for the Installation in a Rotating Bending Machine for Corrosion Fatigue Tests of Cr-Mn-N Austenitic Steels Used in the Oil-field Industry

The high requirements of materials used in drilling and exploration in the earth’s crust (oil, gas, and geothermal wells) are reflected by both multi-axial stresses and corrosive attacks. Schoeller-Bleckmann Oilfield Equipment AG (SBO) is the world leader in the production of high precision parts for the oilfield industry. The priorities of the company are non-magnetic drill string components for directional drilling. Drill string components are subjected to severe mechanical and environmental loads. As a consequence, the high quality standards are proved by several lab tests. Among other facilities, a rotating bending test equipment is used to simulate the actual loads on the material. Current rotating bending tests at SBO are done in ambient air and not at elevated temperatures or in corrosive atmosphere. The aim of this work was to construct a corrosion test chamber to install it in the rotating bending machine and to simulate the environmental influences to the used material. The determined corrosion fatigue results for different environments are compared to those in ambient air. The tests carried out showed that the fatigue properties of the material decrease in a corrosive environment.ZusammenfassungDie Anforderungen an die Werkstoffe, die für Explorations- und Erschließungsbohrungen von Energiequellen in der Erdkruste (Erdöl und Erdgas) verwendet werden, sind sehr hoch aufgrund unter Rotation des Bohrstranges einwirkender Kräfte und Umgebungseinflüsse (korrosive Medien und Temperatur). Schoeller-Bleckmann Oilfield Equipment AG (SBO) ist Weltmarktführer bei der Herstellung von Hochpräzisionsteilen für die Ölfeld-Industrie. Die Schwerpunkte sind dabei amagnetische Bohrstrangkomponenten für die Richtbohrtechnologie. Da an die einzelnen Bohrstrangkomponenten sehr hohe mechanische Anforderungen gestellt werden und eine hohe Qualität gefordert wird, werden die dafür verwendeten Werkstoffe (Cr-Mn-N-Austenite) im Unternehmen unter anderem einer Umlaufbiegeprüfung, bei der die Rotation und die dabei auf den Bohrstrang einwirkende Biegespannung simuliert wird, unterzogen.Das Problem, das in dieser Arbeit behandelt wird, ist, dass die derzeitigen Umlaufbiegeprüfungen bei SBO an Umgebungsluft und nicht in temperatur- und korrosionsbeaufschlagter Umgebung geprüft werden. Dadurch ergibt sich auch die Aufgabenstellung und Forderung nach der Konstruktion einer Korrosionsprüfkammer zum Einbau in die Umlaufbiegemaschine, um die geforderten Umgebungseinflüsse auf die Werkstoffe simulieren zu können. Die dabei erreichten Werkstoffkennwerte unter Korrosion und definierten Temperaturen können nun mit jenen in Umgebungsluft verglichen werden und geben nun Aufschluss über das Verhalten des Materials in wirklichkeitsgetreuem Einsatz. Die durchgeführten Tests zeigten, dass unter den gegebenen Untersuchungsbedingungen in korrosiver Umgebung die Dauerfestigkeit des geprüften Materials abnimmt.