NACE MR0175/ISO 15156 とは何ですか?

NACE MR0175/ISO 15156 とは何ですか?

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NACE MR0175/ISO 15156 は、硫化水素 (H₂S) を含む環境における硫化物応力割れ (SSC) やその他の水素誘起割れに耐性のある材料を選択するためのガイドラインを提供する世界的に認められた規格です。この規格は、特に酸性サービス環境において、石油およびガス業界で使用される機器の信頼性と安全性を確保するために不可欠です。

NACE MR0175/ISO 15156 の重要な側面

  1. 範囲と目的:
    • この規格は、さまざまな形態の亀裂を引き起こす可能性のある H₂S を含む環境にさらされる石油およびガス生産に使用される機器の材料の選択を規定しています。
    • 硫化物応力、腐食、水素誘起割れ、およびその他の関連メカニズムによる材料の破損を防ぐことを目的としています。
  2. 材料の選択:
    • このガイドでは、炭素鋼、低合金鋼、ステンレス鋼、ニッケル基合金、その他の耐腐食合金など、適切な材料を選択するためのガイドラインを示します。
    • 各材料がひび割れを起こさずに耐えられる環境条件と応力レベルを指定します。
  3. 資格とテスト:
    • このホワイト ペーパーでは、H₂S 環境で発生する腐食条件をシミュレートする実験室テストを含む、酸性環境で使用する材料を認定するために必要なテスト手順について説明します。
    • これらのテストで許容されるパフォーマンスの基準を指定し、指定された条件下で材料がひび割れに耐えることを保証します。
  4. 設計と製造:
    • 水素誘起割れのリスクを最小限に抑えるための機器の設計と製造に関する推奨事項が含まれています。
    • H₂S による割れに対する材料の耐性に影響を与える可能性のある製造プロセス、溶接技術、熱処理の重要性を強調します。
  5. メンテナンスと監視:
    • 使用中のひび割れを検出し防止するためのメンテナンス方法と監視戦略についてアドバイスします。
    • 機器の継続的な完全性を保証するために、定期的な検査と非破壊検査方法が推奨されます。

業界における重要性

  • 安全性: 亀裂による壊滅的な故障のリスクを軽減することで、酸性サービス環境における機器の安全な動作を保証します。
  • 信頼性: 機器の信頼性と寿命を向上させ、ダウンタイムとメンテナンスコストを削減します。
  • コンプライアンス: 企業が規制要件や業界標準に準拠し、法的および財務的影響を回避できるよう支援します。

NACE MR0175/ISO 15156 は 3 つのパートに分かれており、それぞれ酸性サービス環境で使用する材料の選択に関するさまざまな側面に焦点を当てています。より詳細な内訳は次のとおりです。

パート1：ひび割れ耐性材料の選択に関する一般原則

  • 範囲: H₂S を含む環境での亀裂に耐性のある材料を選択するための包括的なガイドラインと原則を提供します。
  • コンテンツ:
    • 酸性サービス環境と材料の劣化に関連する重要な用語と概念を定義します。
    • サワーサービス用の材料の適合性を評価するための一般的な基準を概説します。
    • 材料を選択する際に、環境要因、材料特性、動作条件を考慮することの重要性について説明します。
    • リスク評価を実行し、情報に基づいた材料選択の決定を行うためのフレームワークを提供します。

パート2：割れに強い炭素鋼と低合金鋼および鋳鉄の使用

  • 範囲この論文では、酸性使用環境で炭素鋼、低合金鋼、鋳鉄を使用するための要件とガイドラインに焦点を当てています。
  • コンテンツ:
    • これらの材料を安全に使用できる具体的な条件について詳しく説明します。
    • これらの材料が硫化物応力割れ (SSC) やその他の水素誘起損傷に耐えるために必要な機械的特性と化学組成を一覧表示します。
    • これらの材料の割れに対する耐性を高めることができる熱処理および製造プロセスに関するガイドラインを提供します。
    • 規格への準拠を保証するために適切な材料試験と認定手順の必要性について説明します。

パート3：耐割れ性CRA（耐腐食合金）およびその他の合金

  • 範囲: 酸性サービス環境における耐腐食合金 (CRA) およびその他の特殊合金について説明します。
  • コンテンツ:
    • ステンレス鋼、ニッケルベースの合金、その他の高性能合金などのさまざまなタイプの CRA を識別し、酸性サービスへの適合性を識別します。
    • これらの材料が割れに耐えるために必要な化学組成、機械的特性、および熱処理を指定します。
    • H₂S 環境でのパフォーマンスを保証するために、CRA を選択、テスト、および認定するためのガイドラインを提供します。
    • この論文では、特定の用途向けに材料を選択する際に、これらの合金の耐食性と機械的特性の両方を考慮することの重要性について説明します。

NACE MR0175/ISO 15156 は、酸性サービス環境での材料の安全かつ効果的な使用を保証する包括的な規格です。各パートでは、さまざまなカテゴリの材料を取り上げ、その選択、テスト、および認定に関する詳細なガイドラインを提供します。これらのガイドラインに従うことで、企業は材料の破損リスクを軽減し、H₂S を含む環境での運用の安全性と信頼性を高めることができます。

油井完成：石油・ガス井における OCTG の適用と設置手順

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導入

石油とガスの探査と生産には、複雑な装置とプロセスが伴います。その中でも、掘削作業の効率と安全性を確保するには、ドリルパイプ、ドリルカラー、ドリルビット、ケーシング、チューブ、サッキングロッド、ラインパイプなどの管状製品を適切に選択して使用することが非常に重要です。このブログでは、これらのコンポーネント、サイズ、および石油とガスの井戸での連続的な使用について、詳細な概要を説明します。

1. ドリルパイプ、ドリルカラー、ドリルビットのサイズ

ドリルパイプ 掘削作業の要であり、掘削液を循環させながら地表からドリルビットに動力を伝達します。一般的なサイズは次のとおりです。

  • 3 1/2インチ（88.9 mm）
  • 4インチ（101.6 mm）
  • 4 1/2インチ（114.3 mm）
  • 5インチ（127 mm）
  • 5 1/2インチ（139.7 mm）

ドリルカラー ドリルビットに重量を加え、岩石に効果的に貫通できるようにします。一般的なサイズは次のとおりです。

  • 3 1/8インチ（79.4 mm）
  • 4 3/4インチ（120.7 mm）
  • 6 1/4インチ（158.8 mm）
  • 8インチ（203.2 mm）

ドリルビット 岩石層を粉砕し、切り開くために設計されています。そのサイズは、必要な掘削孔の直径に応じて大きく異なります。

  • 3 7/8 インチ (98.4 mm) ～ 26 インチ (660.4 mm)

2. ケーシングとチューブのサイズ

ケーシングパイプ 掘削孔を安定させ、崩壊を防ぎ、さまざまな地質構造を隔離します。段階的に設置され、各ストリングは内部のストリングよりも直径が大きくなっています。

  • 表面ケーシング: 13 3/8 インチ (339.7 mm) または 16 インチ (406.4 mm)
  • 中間ケーシング: 9 5/8 インチ (244.5 mm) または 10 3/4 インチ (273.1 mm)
  • 生産ケース: 7 インチ (177.8 mm) または 5 1/2 インチ (139.7 mm)

オイルチューブ 石油やガスを地上まで輸送するためにケーシング内に挿入されます。一般的なチューブのサイズは次のとおりです。

  • 1.050インチ（26.7 mm）
  • 1.315インチ（33.4 mm）
  • 1.660インチ（42.2 mm）
  • 1.900インチ（48.3 mm）
  • 2 3/8インチ（60.3 mm）
  • 2 7/8インチ（73.0 mm）
  • 3 1/2インチ（88.9 mm）
  • 4インチ（101.6 mm）

3. サッカーロッドとチューブのサイズ

サッカーロッド 地上ポンプユニットをダウンホールポンプに接続し、井戸から流体を汲み上げられるようにします。チューブのサイズに基づいて選択されます。

  • 2 3/8 インチチューブの場合: 5/8 インチ (15.9 mm)、3/4 インチ (19.1 mm)、または 7/8 インチ (22.2 mm)
  • 2 7/8 インチのチューブの場合: 3/4 インチ (19.1 mm)、7/8 インチ (22.2 mm)、または 1 インチ (25.4 mm)

4. ラインパイプのサイズ

ラインパイプ 生産された炭化水素を坑口から処理施設またはパイプラインに輸送します。生産量に基づいて選択されます。

  • 小型フィールド: 2 インチ (60.3 mm)、4 インチ (114.3 mm)
  • 中距離フィールド: 6インチ (168.3 mm)、8インチ (219.1 mm)
  • ラージフィールド: 10 インチ (273.1 mm)、12 インチ (323.9 mm)、16 インチ (406.4 mm)

石油・ガス井におけるチューブラーの連続使用

1. 掘削段階

  • 掘削作業は、 ドリルビット 地質構造を突き破る。
  • ドリルパイプ 回転動力と掘削液をドリルビットに伝達します。
  • ドリルカラー ビットに重量を加え、効果的に貫通するようにします。

2. ケーシング段階

  • 一定の深さに達すると、 ケーシング ボーリングホールを保護し、異なる地層を隔離するために設置されます。
  • 掘削が進むにつれて、表面、中間、および生産ケーシングストリングが順番に実行されます。

3. 完成と生産段階

  • チューブ 炭化水素が地表に流れやすくするために、生産ケーシング内に設置されています。
  • サッカーロッド 人工リフトシステムを備えた井戸で使用され、ダウンホールポンプを地上ユニットに接続します。

4. 地上輸送段階

  • ラインパイプは 生産された石油とガスを坑口から処理施設または主要パイプラインまで輸送します。

結論

これらの管状製品の役割、サイズ、および連続使用を理解することは、効率的で安全な石油およびガス事業に不可欠です。ドリルパイプ、ドリルカラー、ドリルビット、ケーシング、チューブ、サッカーロッド、およびラインパイプを適切に選択して取り扱うことで、井戸の構造的完全性が確保され、生産パフォーマンスが最適化されます。

これらのコンポーネントを効果的に統合することで、石油・ガス業界は安全性と運用効率の高水準を維持しながら、世界のエネルギー需要に応え続けることができます。

13Cr 対 スーパー 13Cr: 比較分析

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石油・ガス産業の厳しい環境において、材料の選択は、操業の寿命と効率性を確保する上で極めて重要です。入手可能な無数の材料の中でも、13Cr およびスーパー 13Cr ステンレス鋼は、その優れた特性と厳しい環境への適合性で際立っています。これらの材料は、優れた耐腐食性と堅牢な機械的性能を提供し、業界に革命をもたらしました。13Cr およびスーパー 13Cr ステンレス鋼の独自の特性と用途について詳しく見ていきましょう。

13Crステンレス鋼を理解する

13Cr ステンレス鋼は、約 13% のクロムを含むマルテンサイト合金で、石油およびガス部門の定番となっています。その成分には通常、少量の炭素、マンガン、シリコン、リン、硫黄、モリブデンが含まれており、性能とコストのバランスが取れています。

13Crの重要な特性:

  • 耐腐食性13Cr は、特に CO2 を含む環境において、優れた耐腐食性を発揮します。そのため、腐食性物質にさらされることが予想されるダウンホール チュービングやケーシングに最適です。
  • 機械的強度13Cr は適度な機械的強度を備え、さまざまな用途に必要な耐久性を提供します。
  • 靭性と硬度: この材料は、掘削および抽出プロセスで発生する機械的ストレスに耐えるために不可欠な、優れた靭性と硬度を備えています。
  • 溶接性13Cr は溶接性が比較的優れていることで知られており、製造中に大きな問題が発生することなく、さまざまな用途に使用できます。

石油・ガス分野での用途: 13Cr ステンレス鋼は、軽度の腐食環境にさらされるチューブ、ケーシング、その他のコンポーネントの製造に広く使用されています。バランスのとれた特性により、石油およびガス事業の完全性と効率性を確保するための信頼できる選択肢となっています。

ご紹介 スーパー13Cr: 強化合金

Super 13Cr は、ニッケルやモリブデンなどの合金元素を追加することで、13Cr の利点をさらに高めています。これにより特性が向上し、より過酷な腐食環境に適したものとなっています。

スーパー13Crの重要な特性:

  • 優れた耐腐食性: スーパー 13Cr は、特に CO2 濃度が高く H2S が存在する環境では、標準 13Cr に比べて耐腐食性が向上しています。そのため、より厳しい条件に最適な選択肢となります。
  • より高い機械的強度: この合金は機械的強度が高く、より大きな応力や圧力に耐えることができます。
  • 靭性と硬度の向上: 優れた靭性と硬度を備えたスーパー 13Cr は、要求の厳しい用途でも優れた耐久性と長寿命を実現します。
  • 溶接性の向上: スーパー 13Cr の改良された組成により溶接性が向上し、複雑な製造プロセスでの使用が容易になりました。

石油・ガス分野での用途: Super 13Cr は、CO2 濃度が高く H2S が存在するような、より腐食性の高い環境での使用向けに設計されています。その優れた特性は、困難な石油・ガス田におけるダウンホール チューブ、ケーシング、その他の重要なコンポーネントに最適です。

ニーズに合った合金の選択

13Cr ステンレス鋼とスーパー 13Cr ステンレス鋼のどちらを選択するかは、最終的には石油およびガス事業の特定の環境条件と性能要件によって決まります。13Cr は優れた耐腐食性と機械的特性を備えたコスト効率の高いソリューションを提供しますが、スーパー 13Cr はより厳しい環境でも優れた性能を発揮します。

重要な考慮事項:

  • 環境条件: 動作環境内の CO2、H2S、およびその他の腐食性元素を評価します。
  • 性能要件特定の用途に必要な機械的強度、靭性、硬度を決定します。
  • コストと利益: 材料のコストと、特性の向上および耐用年数の延長による利点を比較検討します。

結論

進化し続ける石油・ガス業界では、13Cr やスーパー 13Cr ステンレス鋼などの材料を選択することが、業務の信頼性、効率、安全性を確保する上で重要です。これらの合金の独自の特性と用途を理解することで、業界の専門家は情報に基づいた決定を下すことができ、最終的にはプロジェクトの成功と持続可能性に貢献できます。13Cr のバランスの取れた性能であれ、スーパー 13Cr の優れた特性であれ、これらの材料は石油・ガス部門の能力向上において極めて重要な役割を果たし続けています。

油井管（OCTG）

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油井管（OCTG） ドリルパイプ、ケーシング、チューブから構成されるシームレス圧延製品のファミリーであり、特定の用途に応じた荷重条件が適用されます。(深井戸の概略図については図 1 を参照してください)。

の ドリルパイプ ドリルビットを回転させ、掘削液を循環させる、継ぎ目のない重いチューブです。長さ 30 フィート (9 メートル) のパイプ セグメントがツール ジョイントで連結されています。ドリル パイプは、掘削による高トルク、自重による軸方向の張力、および掘削液の排出による内部圧力に同時にさらされます。さらに、これらの基本的な荷重パターンに、非垂直または偏向掘削による交互の曲げ荷重が重なる場合があります。
ケーシングパイプ ボーリング孔の内側にはケーシングが敷かれています。ケーシングは、自重による軸方向の張力、流体の排出による内部圧力、周囲の岩石層による外部圧力を受けます。特に、ポンプで汲み上げられた石油またはガスのエマルジョンは、ケーシングを軸方向の張力と内部圧力にさらします。
チューブは、油井から石油やガスを輸送するパイプです。チューブセグメントは通常約 30 フィート (9 メートル) の長さで、両端にねじ接続があります。

酸性使用条件下での耐腐食性は、特にケーシングとチューブにとって、OCTG の重要な特性です。

一般的なOCTG製造プロセスには以下が含まれます（すべての寸法範囲は概算です）

外径 21 ～ 178 mm のサイズに対応する連続マンドレル ローリングおよびプッシュ ベンチ プロセス。
外径140～406mmのサイズのプラグミル圧延。
外径 250 ～ 660 mm のサイズのクロスロールピアシングおよびピルガーローリング。
これらのプロセスでは、通常、溶接パイプに使用されるストリップおよびプレート製品に通常行われる熱機械加工処理は実行できません。したがって、合金含有量を増やし、焼き入れや焼き戻しなどの適切な熱処理を組み合わせて、高強度のシームレスパイプを製造する必要があります。

図1. ディープスライブ完了の概略図

パイプの肉厚が厚くても、完全なマルテンサイト組織という基本要件を満たすには、良好な焼入れ性が必要です。Cr と Mn は、従来の熱処理可能な鋼で良好な焼入れ性を生み出す主要な合金元素です。ただし、良好な硫化物応力割れ (SSC) 耐性の要件により、それらの使用は制限されます。Mn は連続鋳造中に偏析する傾向があり、大きな MnS 介在物を形成して水素誘起割れ (HIC) 耐性を低下させる可能性があります。Cr レベルが高いと、粗い板状の形態を持つ Cr7C3 析出物が形成され、水素コレクターおよび亀裂イニシエーターとして機能します。モリブデンとの合金化により、Mn および Cr 合金化の制限を克服できます。Mo は Mn および Cr よりもはるかに強力な硬化剤であるため、これらの元素の量を減らしてもその効果をすぐに回復できます。

従来、OCTG グレードは炭素マンガン鋼 (強度レベル 55 ksi まで) または Mo を含むグレード (0.4% Mo まで) でした。近年、深井戸掘削や腐食攻撃を引き起こす汚染物質を含む貯留層により、水素脆化や SCC に耐性のある高強度材料に対する強い需要が生じています。高度に焼き戻されたマルテンサイトは、高強度レベルで SSC に最も耐性のある構造であり、0.75% Mo 濃度は降伏強度と SSC 耐性の最適な組み合わせを生み出します。

知っておくべきこと: フランジ面仕上げ

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の ASME B16.5 コード フランジ面（隆起面と平面）には、ガスケットとの互換性を確保し、高品質のシールを提供するために、特定の粗さが必要です。

鋸歯状の仕上げ（同心円状または螺旋状）には、1 インチあたり 30 ～ 55 本の溝が必要で、粗さは 125 ～ 500 マイクロインチになります。これにより、フランジ製造業者は、金属フランジのガスケット接触面に対して、さまざまなグレードの表面仕上げを提供できるようになります。

フランジ面仕上げ

鋸歯状仕上げ

ストック仕上げ
フランジ表面仕上げの中で最も広く使用されているのは、実用上、通常の使用条件すべてに適しているためです。圧縮されると、ガスケットの柔らかい面がこの仕上げに埋め込まれ、密閉性が向上し、接合面間に高いレベルの摩擦が生成されます。

これらのフランジの仕上げは、半径 1.6 mm の丸型工具を使用して、12 インチまでは 1 回転あたり 0.8 mm の送り速度で行われます。14 インチ以上のサイズでは、仕上げは 3.2 mm の丸型工具を使用して、1 回転あたり 1.2 mm の送り速度で行われます。

フランジ面仕上げ - ストック仕上げフランジ面仕上げ - ストック仕上げ

螺旋鋸歯状
これも連続した螺旋状の溝ですが、溝が通常 90 度のツールを使用して生成され、45 度の角度の鋸歯状の「V」形状を作成するという点で、ストック仕上げとは異なります。

フランジ面仕上げ - スパイラル鋸歯状

同心鋸歯状
名前が示すように、この仕上げは同心円状の溝で構成されています。90° のツールが使用され、鋸歯状の溝が面全体に均等に配置されます。

フランジ面仕上げ - 同心鋸歯状

滑らかな仕上げ
この仕上げでは、目に見えるツールの跡は見えません。これらの仕上げは、通常、二重ジャケット、平鋼、波形金属などの金属面を持つガスケットに使用されます。滑らかな表面がかみ合ってシールを形成し、反対側の面の平坦度に依存してシールが実現されます。これは通常、半径 0.8 mm の丸型工具で 0.3 mm/回転の送り速度で深さ 0.05 mm で連続 (フォノグラフィックと呼ばれることもあります) スパイラル溝をガスケット接触面に形成することで実現されます。これにより、Ra 3.2 ～ 6.3 マイクロメートル (125 ～ 250 マイクロインチ) の粗さになります。

フランジ面仕上げ - 滑らかな仕上げ

滑らかな仕上がり

スパイラルガスケットや非金属ガスケットに適していますか？このタイプはどのような用途に適していますか？

滑らかな仕上げのフランジは、低圧および/または大口径のパイプラインでより一般的であり、主に固体金属またはスパイラル巻きガスケットとともに使用することを目的としています。

滑らかな仕上げは、通常、パイプ フランジ以外の機械やフランジ ジョイントに見られます。滑らかな仕上げで作業する場合、クリープやコールド フローの影響を軽減するために、より薄いガスケットの使用を検討することが重要です。ただし、より薄いガスケットと滑らかな仕上げは、シールを実現するために、それ自体でより高い圧縮力 (ボルト トルクなど) を必要とすることに注意してください。

フランジのガスケット面をRa = 3.2 – 6.3マイクロメートル（= 125 – 250マイクロインチAARH）の滑らかな仕上げに加工します。

AARH は算術平均粗さ高さの略です。表面の粗さ (滑らかさではなく) を測定するために使用されます。125 AARH は、125 マイクロインチが表面の起伏の平均高さになることを意味します。

63 AARHはリングタイプジョイントに指定されています。

スパイラル巻きガスケットには、125～250 AARH（スムース仕上げといいます）が指定されています。

250～500 AARH（ストック仕上げと呼ばれます）は、非アスベスト、グラファイトシート、エラストマーなどのソフトガスケットに指定されています。ソフトガスケットに滑らかな仕上げを使用すると、十分な「噛み込み効果」が発生しないため、ジョイントに漏れが発生する可能性があります。

AARH は Ra とも呼ばれることがあります。Ra は Roughness Average の略で、意味は同じです。