석유 및 가스 탐사에서 강관의 중요한 역할 탐구

소개

강관은 석유 및 가스 산업에서 매우 중요하며 극한 조건에서도 타의 추종을 불허하는 내구성과 신뢰성을 제공합니다. 탐사 및 운송에 필수적인 이 파이프는 고압, 부식성 환경 및 혹독한 온도를 견뎌냅니다. 이 페이지에서는 석유 및 가스 탐사에서 강관의 중요한 기능을 살펴보고 시추, 인프라 및 안전에 있어서의 중요성을 자세히 설명합니다. 적합한 강관을 선택하면 이 까다로운 산업에서 운영 효율성을 높이고 비용을 절감할 수 있는 방법을 알아보세요.

I. 석유 및 가스 산업을 위한 강관의 기본 지식

1. 용어 설명

API: 약어 미국 석유 연구소.
OCTG: 약어 오일 컨트리 관형 제품오일 케이싱 파이프, 오일 튜빙, 드릴 파이프, 드릴 칼라, 드릴 비트, 빨판 막대, 강아지 조인트 등을 포함합니다.
오일 튜브: 튜빙은 석유 굴착, 가스 추출, 물 주입 및 산 파쇄를 위해 사용됩니다.
포장: 벽 붕괴를 막기 위한 라이너로서 지면에서 굴착된 시추공으로 내려진 튜브입니다.
드릴 파이프: 시추공을 뚫는 데 사용되는 파이프입니다.
라인 파이프: 석유나 가스를 운반하는 데 사용되는 파이프입니다.
커플링: 두 개의 나사산 파이프를 내부 나사산과 연결하는 데 사용되는 실린더.
커플링 재료: 커플링 제조에 사용되는 파이프입니다.
API 스레드: API 5B 규격에 명시된 파이프 나사산으로, 오일 파이프용 원형 나사산, 케이싱 짧은 원형 나사산, 케이싱 긴 원형 나사산, 케이싱 부분 사다리꼴 나사산, 라인 파이프 나사산 등이 있습니다.
프리미엄 연결: 고유한 밀봉 속성, 연결 속성 및 기타 속성을 갖춘 비 API 스레드입니다.
실패: 특정 서비스 조건에서 변형, 파손, 표면 손상 및 원래 기능 상실.
실패의 주요 형태: 압착, 미끄러짐, 파열, 누출, 부식, 결합, 마모 등.

2. 석유관련 규격

API 사양 5B, 17판 – 케이싱, 튜빙 및 라인 파이프 나사산의 나사산 가공, 측정 및 나사산 검사 사양
API 사양 5L, 46판 – 라인파이프 사양
API 사양 5CT, 11판 – 케이싱 및 튜빙 사양
API 사양 5DP, 7판 – 드릴파이프 사양
API 사양 7-1, 2판 – 로터리 드릴 스템 요소 사양
API 사양 7-2, 2판 – 회전식 숄더 나사 연결부의 나사 가공 및 측정 사양
API 사양 11B, 24판 – 빨판 막대, 광택 막대 및 라이너, 커플링, 싱커 바, 광택 막대 클램프, 스터핑 박스 및 펌핑 티 사양
ISO 3183:2019 – 석유 및 천연가스 산업 – 파이프라인 운송 시스템용 강관
ISO 11960:2020 – 석유 및 천연 가스 산업 – 우물용 케이싱 또는 튜브로 사용되는 강철 파이프
NACE MR0175 / ISO 15156:2020 – 석유 및 천연 가스 산업 - 석유 및 가스 생산 시 H2S 함유 환경에 사용되는 재료

II. 오일 튜브

1. 오일튜빙의 분류

오일 튜빙은 비업셋팅 오일 튜빙(NU), 외부 업셋팅 오일 튜빙(EU), 인테그럴 조인트(IJ) 오일 튜빙으로 구분됩니다. NU 오일 튜빙은 튜빙 끝이 평균 두께이고, 나사산을 직접 돌리고 커플링을 가져온다는 것을 의미합니다. 업셋팅 튜빙은 두 튜브의 끝이 외부 업셋팅된 다음 나사산이 형성되고 커플링된다는 것을 의미합니다. 인테그럴 조인트 튜빙은 튜브의 한쪽 끝이 외부 나사산으로 업셋팅되고 다른 쪽 끝이 커플링 없이 직접 연결된 내부 나사산으로 업셋팅된다는 것을 의미합니다.

2. 오일 튜빙의 기능

① 석유 및 가스 추출: 유정 및 가스정을 뚫고 접합한 후 오일 및 가스를 땅으로 추출하기 위해 튜브를 오일 케이싱에 넣습니다.
② 물 주입: 다운홀 압력이 충분하지 않은 경우 튜브를 통해 우물에 물을 주입합니다.
③ 증기 주입: 농후유 열회수에서는 절연유 튜빙을 통해 증기를 유정에 주입합니다.
④ 산성화 및 파쇄: 시추 후반 단계 또는 석유 및 가스 시추공의 생산성을 향상시키기 위해서는 산성화 및 파쇄 매체 또는 경화 물질을 석유 및 가스층에 투입해야 하며, 매체와 경화 물질은 오일 튜빙을 통해 수송됩니다.

3. 오일 튜빙의 강종

오일 튜빙의 강철 등급은 H40, J55, N80, L80, C90, T95, P110입니다.
N80은 N80-1과 N80Q로 나뉘며, 두 소재는 인장 특성이 동일하나, 납품 상태와 충격 성능의 차이가 있다. N80-1은 정규화된 상태로 납품되거나 최종 압연 온도가 임계 온도 Ar3보다 높고 공랭 후 장력 감소로 정규화된 상태 대신 열간 압연을 찾는 데 사용할 수 있으며, 충격 및 비파괴 검사가 필요하지 않다. N80Q는 템퍼링(담금질 및 템퍼링) 열처리를 해야 하며, 충격 기능은 API 5CT 규정에 부합해야 하며 비파괴 검사를 해야 한다.
L80은 L80-1, L80-9Cr, L80-13Cr로 구분됩니다. 기계적 특성과 납품 상태는 동일합니다. 용도, 생산 난이도, 가격의 차이점: L80-1은 일반형이고, L80-9Cr과 L80-13Cr은 내식성이 높은 튜빙으로 생산 난이도가 높고, 비싸며 일반적으로 중부식 웰에 사용됩니다.
C90과 T95는 1가지와 2가지 유형, 즉 C90-1, C90-2 및 T95-1, T95-2로 구분됩니다.

4. 일반적으로 사용되는 오일 튜빙 강철 등급, 강철 이름 및 납품 상태

J55 (37Mn5) NU 오일 튜빙: 정규화 대신 열간 압연
J55 (37Mn5) EU 오일 튜빙: 전복 후 표준화된 전체 길이
N80-1 (36Mn2V) NU 오일 튜빙: 정규화 대신 열간 압연
N80-1 (36Mn2V) EU 오일 튜빙: 전체 길이는 업세팅 후 정규화됨
N80-Q(30Mn5) 오일 튜브: 30Mn5, 전체 길이 템퍼링
L80-1(30Mn5) 오일 튜브: 30Mn5, 전체 길이 템퍼링
P110(25CrMnMo) 오일 튜브: 25CrMnMo, 전체 길이 템퍼링
J55 (37Mn5) 커플링: 열간 압연 온라인 정규화
N80(28MnTiB) 커플링: 전체 길이 템퍼링
L80-1(28MnTiB) 커플링: 전체 길이 강화
P110(25CrMnMo) 커플링: 전체 길이 템퍼링

III. 케이싱 파이프

1. 케이싱의 분류와 역할

케이싱은 유정과 가스정의 벽을 지지하는 강관입니다. 다양한 굴착 깊이와 지질학적 조건에 따라 각 유정에는 여러 층의 케이싱이 사용됩니다. 시멘트는 케이싱을 우물에 내린 후 접착하는 데 사용되며 오일 파이프 및 드릴 파이프와 달리 재사용이 불가능하고 일회용 소모품에 속합니다. 따라서 케이싱의 소비량은 전체 유정관의 70% 이상을 차지합니다. 케이싱은 용도에 따라 도체 케이싱, 중간 케이싱, 생산 케이싱, 라이너 케이싱으로 구분할 수 있으며 유정에서의 구조는 그림 1에 나와 있습니다.

①도체 케이싱: 일반적으로 API 등급 K55, J55 또는 H40을 사용하는 도체 케이싱은 수원을 안정화하고 일반적으로 약 20인치 또는 16인치 직경의 얕은 대수층을 격리합니다.

②중간 케이싱: 종종 API 등급 K55, N80, L80 또는 P110으로 제작되는 중간 케이싱은 불안정한 구조물과 다양한 압력 구역을 격리하는 데 사용되며 일반적인 직경은 13 3/8인치, 11 3/4인치 또는 9 5/8인치입니다. .

③생산 케이싱: API 등급 J55, N80, L80, P110 또는 Q125와 같은 고급 강철로 제작된 생산 케이싱은 일반적으로 직경이 9 5/8인치, 7인치 또는 5 1/2인치인 생산 압력을 견디도록 설계되었습니다.

④라이너 케이싱: 라이너는 API 등급 L80, N80 또는 P110과 같은 재료를 사용하여 시추공을 저수지까지 확장하며, 일반적인 직경은 7인치, 5인치 또는 4 1/2인치입니다.

⑤튜브: 튜브는 API 등급 J55, L80 또는 P110을 사용하여 탄화수소를 표면으로 운반하며 직경 4 1/2인치, 3 1/2인치 또는 2 7/8인치로 제공됩니다.

IV. 드릴 파이프

1. 드릴링 공구용 파이프의 분류 및 기능

드릴링 도구의 사각 드릴 파이프, 드릴 파이프, 가중 드릴 파이프, 드릴 칼라는 드릴 파이프를 형성합니다. 드릴 파이프는 드릴 비트를 지면에서 우물 바닥까지 구동하는 핵심 드릴링 도구이며, 지면에서 우물 바닥까지의 채널이기도 합니다. 여기에는 세 가지 주요 역할이 있습니다.

① 드릴 비트를 구동하여 드릴에 토크를 전달하는 단계;

② 자신의 무게를 드릴 비트에 의지하여 우물 바닥의 암석 압력을 깨뜨리는 것.

③ 세척액, 즉 드릴링 머드를 고압 머드 펌프를 통해 지반을 통해 운반하기 위해 시추 컬럼이 시추공으로 유입되어 우물 바닥으로 유입되어 암석 잔해물을 씻어 내고 드릴 비트를 냉각시켜 암석 잔해물을 운반합니다. 우물을 뚫는 목적을 달성하기 위해 기둥의 외부 표면과 고리 사이의 우물 벽을 통해 땅으로 돌아갑니다.

드릴 파이프는 인장, 압축, 비틀림, 굽힘 및 기타 응력과 같은 다양한 복잡한 교대 하중을 견뎌내기 위해 드릴링 공정에서 사용됩니다. 내부 표면은 또한 고압 진흙 세척 및 부식의 영향을 받습니다.
(1) 사각 드릴 파이프: 사각형 드릴 파이프는 사각형과 육각형의 두 가지 유형으로 제공됩니다. 중국의 석유 드릴 파이프에서 각 드릴 컬럼 세트는 일반적으로 사각형 유형의 드릴 파이프를 사용합니다. 사양은 63.5mm(2-1/2인치), 88.9mm(3-1/2인치), 107.95mm(4-1/4인치), 133.35mm(5-1/4인치), 152.4mm(6인치) 등입니다. 사용되는 길이는 일반적으로 1214.5m입니다.
(2) 드릴 파이프: 드릴 파이프는 우물을 뚫는 주요 도구로, 사각 드릴 파이프의 하단에 연결되며, 굴착 우물이 계속 깊어짐에 따라 드릴 파이프는 드릴 컬럼을 하나씩 길게 만듭니다. 드릴 파이프의 규격은 다음과 같습니다: 60.3mm(2-3/8인치), 73.03mm(2-7/8인치), 88.9mm(3-1/2인치), 114.3mm(4-1/2인치), 127mm(5인치), 139.7mm(5-1/2인치) 등.
(3) 헤비 듀티 드릴 파이프: 가중 드릴 파이프는 드릴 파이프와 드릴 칼라를 연결하는 과도기 도구로, 드릴 파이프의 힘 상태를 개선하고 드릴 비트의 압력을 높일 수 있습니다. Weighted Drill Pipe의 주요 규격은 88.9mm(3-1/2인치)와 127mm(5인치)입니다.
(4) 드릴 칼라: 드릴 칼라는 드릴 파이프의 하부에 연결되며, 이는 강성이 높은 특수 두꺼운 벽의 파이프입니다. 드릴 비트에 압력을 가하여 바위를 깨고 직선 우물을 뚫을 때 안내 역할을 합니다. 드릴 칼라의 일반적인 사양은 158.75mm(6-1/4인치), 177.85mm(7인치), 203.2mm(8인치), 228.6mm(9인치) 등입니다.

V. 라인 파이프

1. 라인파이프의 분류

라인 파이프는 석유 및 가스 산업에서 강관의 약자로 석유, 정제유, 천연가스 및 수도 파이프라인을 전송하는 데 사용됩니다. 석유 및 가스 파이프라인을 전달하는 것은 본선, 지선 및 도시 파이프라인 네트워크 파이프라인으로 나뉩니다. 세 가지 종류의 본선 파이프라인 전송은 일반적으로 ∅406 ~ 1219mm, 벽 두께 10 ~ 25mm, 강철 등급 X42 ~ X80의 사양을 갖습니다. 지선 파이프라인 및 도시 파이프라인 네트워크 파이프라인은 일반적으로 ∅114 ~ 700mm, 벽 두께 6 ~ 20mm, 강철 등급 X42 ~ X80에 대한 사양을 갖습니다. 강철 등급은 X42～X80입니다. 라인 파이프는 용접 및 이음매 없는 유형으로 제공됩니다. 용접 라인 파이프는 이음매 없는 라인 파이프보다 더 많이 사용됩니다.

2. 라인파이프 규격

API 사양 5L – 라인 파이프 사양
ISO 3183 - 석유 및 천연가스 산업 - 파이프라인 운송 시스템용 강관

3. PSL1 및 PSL2

PSL은 다음의 약어입니다. 제품 사양 수준. 라인 파이프 제품의 사양 수준은 PSL 1과 PSL 2로 구분되고 품질 수준은 PSL 1과 PSL 2로 구분됩니다. PSL 2는 PSL 1보다 높습니다. 두 사양 수준은 테스트 요구 사항이 다를 뿐만 아니라 화학 성분 및 기계적 특성 요구 사항도 다르므로 API 5L 명령에 따라 계약 조건은 사양, 강종 및 기타 일반적인 지표를 지정하는 것 외에도 제품 사양 수준, 즉 PSL 1 또는 PSL 2를 표시해야 합니다. 화학 성분, 인장 특성, 충격력, 비파괴 검사 및 기타 지표에서 PSL 2는 PSL 1보다 엄격합니다.

4. 라인 파이프 강종, 화학 성분 및 기계적 성질

라인 파이프 강철 등급은 낮은 등급에서 높은 등급까지 A25, A, B, X42, X46, X52, X60, X65, X70, X80으로 구분됩니다. 자세한 화학 성분 및 기계적 특성은 API 5L 사양, 46판 책을 참조하십시오.

5. 라인파이프 수압시험 및 비파괴검사 요건

라인 파이프는 분기별 유압 테스트를 해야 하며, 표준은 유압 압력의 비파괴 생성을 허용하지 않습니다. 이 또한 API 표준과 당사 표준의 큰 차이입니다. PSL 1은 비파괴 테스트를 요구하지 않습니다. PSL 2는 분기별 비파괴 테스트여야 합니다.

6. 프리미엄 연결

1. 프리미엄 커넥션 소개

프리미엄 커넥션은 API 나사산과는 다른 독특한 구조를 가진 파이프 나사산입니다.기존 API 나사산 오일 케이싱은 유정 채굴에 널리 사용되고 있지만, 일부 유전의 독특한 환경에서 그 단점이 명확히 드러납니다.API 원형 나사산 파이프 컬럼은 밀봉 성능이 더 좋지만 나사산 부분이 지탱하는 인장력은 파이프 본체 강도의 60%~80%에 불과하여 심공 채굴에 사용할 수 없습니다.API 편향 사다리꼴 나사산 파이프 컬럼은 인장 성능이 API 원형 나사 연결보다 훨씬 높지만 밀봉 성능이 그렇게 좋지 않습니다.컬럼의 인장 성능이 API 원형 나사 연결보다 훨씬 높지만 밀봉 성능이 그다지 좋지 않아 고압 가스 웰 채굴에 사용할 수 없습니다. 또한 나사산 그리스는 95℃ 이하의 환경에서만 역할을 할 수 있으므로 고온 우물의 채굴에는 사용할 수 없습니다.

API 원형 스레드 및 부분 사다리꼴 스레드 연결과 비교하여 프리미엄 연결은 다음 측면에서 획기적인 발전을 이루었습니다.

(1) 우수한 밀봉은 탄성 및 금속 밀봉 구조 설계를 통해 조인트 가스 밀봉이 항복 압력 내에서 튜브 본체의 한계에 도달하는 것을 방지합니다.

(2) 오일 케이싱의 특수 버클 연결로 연결되는 연결 강도가 높으며 연결 강도가 튜브 본체의 강도에 도달하거나 초과하여 미끄러짐 문제를 근본적으로 해결합니다.

(3) 재료 선택 및 표면 처리 공정 개선을 통해 기본적으로 버클이 고착되는 문제를 해결했습니다.

(4) 구조 최적화를 통해 접합 응력 분포가 보다 합리적이고 응력 부식에 대한 저항력이 향상됩니다.

(5) 합리적인 디자인의 어깨 구조를 통해 버클의 조작이 더욱 편리해졌습니다.

석유 및 가스 산업은 100개가 넘는 특허받은 프리미엄 연결부를 자랑하며, 이는 파이프 기술에서 상당한 발전을 나타냅니다. 이러한 특수 나사산 설계는 우수한 밀봉 기능, 향상된 연결 강도 및 향상된 환경 스트레스 저항성을 제공합니다. 고압, 부식성 환경 및 극한 온도와 같은 과제를 해결함으로써 이러한 혁신은 전 세계적으로 석유 건강 운영에서 탁월한 신뢰성과 효율성을 보장합니다. 프리미엄 연결부에 대한 지속적인 연구 및 개발은 보다 안전하고 생산적인 시추 관행을 지원하는 데 있어 핵심적인 역할을 강조하며, 에너지 부문에서 기술적 우수성에 대한 지속적인 헌신을 반영합니다.

VAM® 연결: 까다로운 환경에서 강력한 성능을 발휘하는 것으로 알려진 VAM® 연결은 고급 금속 간 밀봉 기술과 높은 토크 기능을 갖추고 있어 깊은 우물과 고압 저장소에서 안정적인 작동을 보장합니다.

TenarisHydril 웨지 시리즈: 이 시리즈는 뛰어난 기밀 밀봉과 압축 및 인장력에 대한 저항으로 알려진 Blue®, Dopeless® 및 Wedge 521®과 같은 다양한 연결을 제공하여 작동 안전성과 효율성을 향상시킵니다.

TSH® 블루: Tenaris가 설계한 TSH® Blue 연결은 독점적인 이중 숄더 디자인과 고성능 스레드 프로파일을 활용하여 중요한 드릴링 작업에서 우수한 피로 저항성과 구성 용이성을 제공합니다.

Grant Prideco™ XT® 연결: NOV에서 설계한 XT® 연결부는 고유한 금속 대 금속 씰과 견고한 나사산 형태를 통합하여 뛰어난 토크 용량과 마모 저항성을 보장하여 연결부의 작동 수명을 연장합니다.

Hunting Seal-Lock® 연결: 금속 대 금속 씰과 고유한 나사산 프로필을 특징으로 하는 Hunting의 Seal-Lock® 연결은 육상 및 해상 시추 작업 모두에서 탁월한 압력 저항과 신뢰성으로 유명합니다.

결론

결론적으로, 석유 및 가스 산업에 필수적인 복잡한 강관 네트워크는 혹독한 환경과 복잡한 운영 요구 사항을 견뎌내도록 설계된 광범위한 특수 장비를 포함합니다. 건강한 벽을 지지하고 보호하는 기초 케이싱 파이프부터 추출 및 주입 공정에 사용되는 다재다능한 튜빙에 이르기까지 각 유형의 파이프는 탄화수소 탐사, 생산 및 운송에 고유한 목적을 제공합니다. API 사양과 같은 표준은 이러한 파이프 전체에서 균일성과 품질을 보장하는 반면 프리미엄 연결과 같은 혁신은 까다로운 조건에서 성능을 향상시킵니다. 기술이 발전함에 따라 이러한 중요한 구성 요소가 발전하여 글로벌 에너지 운영에서 효율성과 안정성을 향상시킵니다. 이러한 파이프와 사양을 이해하면 현대 에너지 부문의 인프라에서 없어서는 안 될 역할을 강조할 수 있습니다.