Exigences en matière de matériaux pour la conception des connecteurs électriques dans l'industrie du pétrole et du gaz !

Dans l'industrie du pétrole et du gaz, les connecteurs électriques doivent résister à des pressions et des températures élevées, à des environnements corrosifs, à de fortes vibrations et à des chocs occasionnels, car les matériaux sont un facteur clé pour garantir que les connecteurs conçus sont très fiables dans des environnements difficiles. La fonction d'un connecteur électrique est simplement de transférer de manière fiable le courant ou les signaux d'un composant à un autre, que l'environnement soit bénin ou difficile. Confrontés aux pressions et températures élevées rencontrées dans les forages pétroliers et gaziers, les connecteurs électriques doivent fonctionner à des températures allant de +175°C à +225°C, voire jusqu'à 250°C, et peuvent également être soumis à des pressions supérieures à 20 000 psi.

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Et dans les boîtiers d'instruments situés à des milliers de pieds sous terre ou sous le fond marin, les connecteurs électriques défectueux ne sont pas facilement accessibles ou remplaçables. Pour ce faire, il faut retirer l'outil complet du puits, ce qui prend beaucoup de temps et peut facilement coûter des dizaines de milliers de dollars par heure, et lorsque le coût d'une défaillance est de quelques dollars par seconde, la défaillance n'est pas souhaitable. La qualité des contacts dans un connecteur électrique est très importante. Pour que la résistance de l'interface de contact reste faible et stable, le contact doit fournir une force suffisante entre les deux moitiés de l'interface. (La force minimale requise dépend du revêtement de la surface de contact). Pour éviter les défaillances, les connecteurs électriques doivent fournir et maintenir cette force de contact pendant toute la durée de vie de la connexion. Les contacts d'un connecteur électrique doivent être électriquement conducteurs afin de transporter une grande quantité de courant et de minimiser l'élévation de température due à l'échauffement résistif. Une bonne conductivité thermique permet d'évacuer tout excès de chaleur généré par la résistance, qui viendrait sinon s'ajouter à la charge thermique que le connecteur doit supporter en fonction de l'environnement. Une autre propriété importante des connecteurs électriques destinés à l'industrie pétrolière et gazière est l'élasticité, qui est le rapport entre la résistance et la rigidité. Les matériaux à forte élasticité peuvent supporter des déformations et des contraintes importantes sans déformation permanente ou perte de contact. Le module de résilience, qui correspond à la moitié de la limite d'élasticité multipliée par le ratio de résilience, permet de mesurer la quantité d'énergie pouvant être absorbée par un composant avant qu'une déformation permanente ne se produise, et il est analogue à la ténacité à la rupture, qui est une mesure de la quantité d'énergie pouvant être absorbée par un composant avant qu'il ne se casse. Étant donné que les composants d'une colonne de forage tournent constamment, l'état de contrainte complet subit une inversion de contrainte à chaque rotation. Cette charge cyclique favorise la rupture par fatigue, car les petits défauts se transforment en fissures qui s'agrandissent légèrement à chaque cycle, ce qui finit par provoquer une rupture soudaine et catastrophique. Il est essentiel d'utiliser des matériaux capables de supporter le nombre de cycles requis à un niveau de contrainte donné, déterminé par la résistance à la fatigue du matériau. En règle générale, la résistance (flexion, traction et durabilité) d'un connecteur électrique diminue à mesure que la température augmente. Si la résistance est inférieure au niveau de contrainte auquel la pièce est soumise, celle-ci peut être déformée de manière permanente, même si une contrainte donnée est tout à fait acceptable à température ambiante. Les pièces de connecteurs électriques soumises à des températures élevées ont tendance à subir une relaxation de la contrainte, où la déformation élastique se transforme lentement en déformation plastique avec le temps, ce qui correspond à une déformation permanente retardée. Lorsque le niveau de contrainte total dans le connecteur diminue en raison de la relaxation, la force de contact diminue également, ce qui peut entraîner une signalisation intermittente ou même des conditions de circuit ouvert au niveau de l'interface de contact. La résistance à la corrosion des matériaux utilisés dans la conception des connecteurs électriques dans l'industrie du pétrole et du gaz est moins importante car ils sont généralement situés dans des chambres scellées, exemptes de gaz corrosifs de sulfure d'hydrogène ou de sels chlorés et à l'écart des fluides de forage corrosifs. Cependant, si le joint est endommagé, c'est une course contre la montre pour sortir l'outil du trou avant que l'électronique ne soit définitivement endommagée, et la résistance à la corrosion du matériau du connecteur électrique contribue à prolonger la durée de vie du composant. En outre, les matériaux à haute résistance des connecteurs électriques ont généralement une conductivité électrique plus faible, tandis que les matériaux plus conducteurs ont généralement une résistance plus faible, les matériaux plus résistants sont plus difficiles à traiter, les matériaux plus résistants à haute température peuvent également présenter une plus grande dégradation des performances, mais une meilleure résistance à la relaxation des contraintes compensera une partie de ce risque.

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