OCTG 파이프주로 석유 및 가스정을 시추하고 석유와 가스를 운송하는 데 사용됩니다. 여기에는 석유 시추 파이프, 석유 케이싱 및 석유 추출 파이프가 포함됩니다.OCTG 파이프주로 드릴 칼라와 드릴 비트를 연결하고 드릴링 동력을 전달하는 데 사용됩니다.석유 케이싱은 주로 시추 과정과 시추 완료 후 유정을 지지하여 시추 과정과 시추 완료 후 유정 전체의 정상적인 작동을 보장하는 데 사용됩니다. 유정 바닥의 석유와 가스는 주로 석유 펌핑 튜브를 통해 지표면으로 이송됩니다.
유정 케이싱은 유정 운영을 유지하는 데 필수적인 요소입니다. 다양한 지질 조건으로 인해 지하의 응력 상태는 복잡하며, 케이싱 본체에 작용하는 인장, 압축, 굽힘 및 비틀림 응력의 복합적인 영향은 케이싱 자체의 품질에 매우 높은 기준을 요구합니다. 케이싱이 어떤 이유로든 손상되면 생산량 감소는 물론 유정 전체를 폐기해야 할 수도 있습니다.
케이싱은 강재 자체의 강도에 따라 J55, K55, N80, L80, C90, T95, P110, Q125, V150 등 다양한 강종으로 구분됩니다. 사용되는 강종은 유정의 상태와 깊이에 따라 달라집니다. 부식성 환경에서는 케이싱 자체의 내식성 또한 필수적이며, 지질 조건이 복잡한 지역에서는 케이싱의 붕괴 방지 성능 또한 요구됩니다.
1. OCTG 파이프에 대한 기본 지식
1. 석유 파이프라인 관련 전문 용어 설명
API는 미국 석유 협회(American Petroleum Institute)의 약자입니다.
OCTG: 석유 시추용 강재(Oil Country Tubular Goods)의 약자로, 완제품 유정 케이싱, 드릴 파이프, 드릴 칼라, 후프, 쇼트 조인트 등을 포함한 석유 시추 전용 강재를 의미합니다.
유정용 튜빙: 유정에서 석유 추출, 가스 추출, 물 주입 및 산성 파쇄에 사용되는 튜브.
케이싱: 지표면에서 시추공 안으로 내려보내 유정 벽의 붕괴를 방지하는 라이너 역할을 하는 관.
드릴 파이프: 시추공을 뚫는 데 사용되는 파이프.
송유관: 석유나 가스를 운송하는 데 사용되는 파이프.
서클립: 내부에 나사산이 있는 두 개의 나사산 파이프를 연결하는 데 사용되는 원통형 부품입니다.
연결재: 연결부 제조에 사용되는 파이프.
API 나사산: API 5B 표준에 따라 지정된 파이프 나사산으로, 유류관 원형 나사산, 케이싱 단원형 나사산, 케이싱 장원형 나사산, 케이싱 오프셋 사다리꼴 나사산, 송유관 나사산 등이 포함됩니다.
특수 버클: 특수 밀봉성, 연결성 및 기타 특성을 지닌 비 API 나사산.
고장: 특정 사용 조건에서 발생하는 변형, 파손, 표면 손상 및 원래 기능 상실. 유정 케이싱 고장의 주요 형태는 압출, 미끄러짐, 파열, 누출, 부식, 접착, 마모 등입니다.
2. 석유 관련 기준
API 5CT: 케이싱 및 튜빙 규격 (현재 최신 버전인 8판)
API 5D: 드릴 파이프 규격(제5판 최신 버전)
API 5L: 파이프라인 강관 규격(제44판 최신 버전)
API 5B: 케이싱, 송유관 및 라인 파이프 나사산의 가공, 측정 및 검사에 대한 규격
GB/T 9711.1-1997: 석유 및 가스 산업용 운송용 강관 납품에 관한 기술 조건 제1부: A등급 강관
GB/T9711.2-1999: 석유 및 가스 산업용 운송용 강관의 기술 공급 조건 제2부: B등급 강관
GB/T9711.3-2005: 석유 및 천연가스 운송 산업용 강관 납품 기술 조건 제3부: C등급 강관
Ⅱ. 송유관
1. 송유관의 분류
석유 파이프는 내측 나사산 가공(NU) 튜빙, 외측 나사산 가공(EU) 튜빙, 일체형 연결 튜빙으로 구분됩니다. 내측 나사산 가공 튜빙은 파이프 끝단이 두꺼워지지 않고 나사산으로 되어 있으며 커플링이 장착된 형태를 말합니다. 외측 나사산 가공 튜빙은 파이프 끝단 두 곳이 외부에 두꺼워진 나사산으로 되어 있고 클램프로 고정된 형태를 말합니다. 일체형 연결 튜빙은 한쪽 끝은 내부에 두꺼워진 외부 나사산을 통해, 다른 쪽 끝은 외부에 두꺼워진 내부 나사산을 통해 직접 연결되어 커플링 없이 연결되는 형태를 말합니다.
2. 튜브의 역할
① 석유 및 가스 추출: 석유 및 가스정을 시추하고 시멘트 작업을 마친 후, 석유 케이싱에 튜빙을 넣어 석유와 가스를 지표면으로 추출합니다.
②. 물 주입: 시추공 내 압력이 충분하지 않을 경우, 튜빙을 통해 우물에 물을 주입합니다.
③. 증기 주입: 점도가 높은 원유의 열회수 과정에서 단열 유관을 통해 유정에 증기를 주입합니다.
(iv) 산처리 및 파쇄: 유정 시추 후반 단계 또는 유정 및 가스정의 생산량 증대를 위해 유정 및 가스층에 산처리 및 파쇄 매체 또는 경화제를 투입해야 하며, 매체 및 경화제는 유관을 통해 운송됩니다.
3. 송유관의 강종
송유관에 사용되는 강종은 H40, J55, N80, L80, C90, T95, P110입니다.
N80은 N80-1과 N80Q로 나뉘는데, 두 종류 모두 인장 특성은 동일하며, 차이점은 공급 상태와 충격 성능에 있다. N80-1은 노멀라이징 처리된 상태로 공급되거나, 최종 압연 온도가 임계 온도 Ar3 이상일 때 공랭 후 인장 강도 감소 처리를 거친다. 따라서 노멀라이징 열간 압연의 대체재를 찾는 데 사용할 수 있으며, 충격 및 비파괴 검사가 필요하지 않다. 반면 N80Q는 반드시 템퍼링(담금질 및 템퍼링) 열처리를 거쳐야 하며, 충격 성능은 API 5CT 규정에 따라야 하고, 비파괴 검사를 실시해야 한다.
L80은 L80-1, L80-9Cr, L80-13Cr로 구분됩니다. 이들의 기계적 특성과 공급 방식은 동일합니다. 용도, 생산 난이도, 가격에 차이가 있는데, L80-1은 일반적인 유형이고, L80-9Cr과 L80-13Cr은 내식성이 뛰어난 튜빙으로 생산이 어렵고 가격이 비싸며, 주로 부식이 심한 유정에 사용됩니다.
C90과 T95는 1형과 2형으로 나뉘는데, 즉 C90-1, C90-2와 T95-1, T95-2가 있습니다.
4. 일반적으로 사용되는 송유관의 강종, 등급 및 납품 상태
강종 등급 배송 상태
J55 오일 파이프 37Mn5 평판 오일 파이프: 노멀라이징 처리 대신 열간압연 처리
두꺼워진 유류관: 두꺼워진 후 전체 길이를 표준화했습니다.
N80-1 튜빙 36Mn2V 평판형 튜빙: 노멀라이징 처리 대신 열간압연 처리
두꺼워진 송유관: 두꺼워진 후 전체 길이를 표준화함
N80-Q 오일 파이프 30Mn5 전체 길이 열처리
L80-1 오일 파이프 30Mn5 전체 길이 열처리
P110 오일 파이프 25CrMnMo 전체 길이 열처리
J55 커플링 37Mn5 열간압연 온라인 정규화
N80 커플링 28MnTiB 전체 길이 템퍼링
L80-1 커플링 28MnTiB 전체 길이 템퍼링
P110 클램프 25CrMnMo 전체 길이 열처리
Ⅲ. 케이스
1. 케이스의 분류 및 역할
케이싱은 유정 및 가스정의 벽을 지지하는 강철 파이프입니다. 각 유정에는 시추 깊이와 지질 조건에 따라 여러 겹의 케이싱이 사용됩니다. 케이싱은 유정에 설치된 후 시멘트로 고정되며, 석유 파이프나 드릴 파이프와 달리 재사용할 수 없고 소모품으로 분류됩니다. 따라서 케이싱은 전체 유정 튜빙 사용량의 70% 이상을 차지합니다. 케이싱은 용도에 따라 도관 케이싱, 표면 케이싱, 기술 케이싱, 유정 케이싱으로 분류되며, 유정에서의 구조는 아래 그림과 같습니다.
2. 도체 케이스
주로 해양 및 사막 시추에 사용되어 해수와 모래를 분리하여 시추 작업이 원활하게 진행되도록 하며, 이 2층 케이싱의 주요 규격은 Φ762mm(30인치)×25.4mm, Φ762mm(30인치)×19.06mm입니다.
표면 케이싱: 주로 초기 시추에 사용되며, 연약 지층의 표면을 기반암까지 개방한 후, 이 부분의 붕괴를 방지하기 위해 표면 케이싱으로 밀봉합니다. 표면 케이싱의 주요 규격은 508mm(20인치), 406.4mm(16인치), 339.73mm(13-3/8인치), 273.05mm(10-3/4인치), 244.48mm(9-5/9인치) 등입니다. 하강관의 깊이는 연약 지층의 깊이에 따라 결정되며, 일반적으로 80~1500m입니다. 하강관의 내외부 압력은 크지 않으므로, 일반적으로 K55 또는 N80 강종을 사용합니다.
3. 기술적 분석
기술 케이싱은 복잡한 지층 시추 과정에서 사용됩니다. 붕괴층, 유층, 가스층, 수층, 누출층, 염분 페이스트층 등과 같은 복잡한 지층을 만나면 기술 케이싱을 설치하여 밀봉해야 하며, 그렇지 않으면 시추를 진행할 수 없습니다. 일부 심정은 깊고 복잡하며, 깊이가 수천 미터에 달하기도 합니다. 이러한 심정에는 여러 겹의 기술 케이싱을 설치해야 하므로 기계적 특성과 밀봉 성능에 대한 요구 조건이 매우 높습니다. 따라서 사용되는 강종 또한 K55 외에도 N80, P110 등의 고강종이 주로 사용되며, 일부 심정에서는 Q125 또는 V150과 같은 API 등급이 아닌 더 높은 강종까지 사용되기도 합니다. 기술 케이스의 주요 사양은 다음과 같습니다: 339.73mm(13-3/8인치), 273.05mm(10-3/4인치), 244.48mm(9-5/8인치), 219.08mm(8-5/8인치), 193.68mm(7-5/8인치), 177.8mm(7인치) 등.
4. 석유 시추 케이싱
유정을 시추하여 목표 지층(석유 및 가스 함유 지층)에 도달하면, 석유 및 가스층과 상부 노출 지층을 밀봉하기 위해 유정 케이싱을 사용해야 하며, 유정 케이싱 내부는 석유층입니다. 모든 종류의 케이싱 중 가장 깊은 유정에 사용되는 유정 케이싱은 기계적 특성과 밀봉 성능에 대한 요구 조건이 가장 높으며, K55, N80, P110, Q125, V150 등의 강종이 사용됩니다. 주요 유정 케이싱 규격은 177.8mm(7인치), 168.28mm(6-5/8인치), 139.7mm(5-1/2인치), 127mm(5인치), 114.3mm(4-1/2인치) 등입니다. 유정 케이싱은 모든 종류의 유정 케이싱 중 가장 깊은 곳에 사용되며, 기계적 성능과 밀봉 성능이 가장 뛰어납니다.
V.드릴 파이프
1. 시추공용 파이프의 분류 및 역할
드릴 파이프는 시추 도구에 사용되는 사각 드릴 파이프, 일반 드릴 파이프, 가중 드릴 파이프, 드릴 칼라 등을 합쳐 총 세 가지 구성 요소입니다. 드릴 파이프는 지면에서 시추공 바닥까지 드릴 비트를 밀어내는 핵심 시추 도구이며, 지면에서 시추공 바닥까지 유체를 운반하는 통로 역할도 합니다. 드릴 파이프는 크게 세 가지 기능을 수행합니다. ① 드릴 비트를 구동하여 시추 작업을 진행시키는 데 필요한 토크를 전달합니다. ② 자체 무게를 이용하여 드릴 비트에 압력을 가해 시추공 바닥의 암반을 파쇄합니다. ③ 고압 머드 펌프를 통해 시추공 세척액, 즉 시추 진흙을 지면을 통해 드릴 파이프 내부로 이송하여 시추공 바닥까지 흐르게 함으로써 암반 파편을 씻어내고 드릴 비트를 냉각시킵니다. 또한, 시추공 외면과 시추공 벽 사이의 환형 공간을 통해 암반 파편을 지면으로 배출하여 시추 작업을 완료합니다. 시추 과정에서 드릴 파이프는 인장, 압축, 비틀림, 굽힘 등 다양한 복잡한 교번 하중을 견뎌야 하며, 내부 표면은 고압의 진흙에 의한 침식 및 부식에도 노출됩니다.
(1) 사각 드릴 파이프: 사각 드릴 파이프는 사각형형과 육각형형의 두 종류가 있으며, 중국의 석유 시추 장비는 일반적으로 각 드릴 컬럼 세트에 사각형형 드릴 파이프를 사용합니다. 규격은 63.5mm(2-1/2in), 88.9mm(3-1/2in), 107.95mm(4-1/4in), 133.35mm(5-1/4in), 152.4mm(6in) 등입니다. 일반적으로 사용되는 길이는 12~14.5m입니다.
(2) 드릴 파이프: 드릴 파이프는 우물 시추의 주요 도구로서 사각 드릴 파이프의 하단에 연결되며, 시추공이 계속 깊어짐에 따라 드릴 파이프가 드릴 기둥을 차례로 연장합니다. 드릴 파이프의 규격은 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) 등입니다.
(3) 가중 드릴 파이프: 가중 드릴 파이프는 드릴 파이프와 드릴 칼라를 연결하는 전환 도구로서 드릴 파이프의 힘 조건을 개선하고 드릴 비트에 가해지는 압력을 증가시킬 수 있습니다. 가중 드릴 파이프의 주요 규격은 88.9mm(3-1/2인치)와 127mm(5인치)입니다.
(4) 드릴 칼라: 드릴 칼라는 드릴 파이프의 하부에 연결되는 것으로, 높은 강성을 지닌 특수 두꺼운 벽 파이프이며, 드릴 비트에 압력을 가하여 암석을 파쇄하고 직선 시추 시 안내 역할을 할 수 있습니다. 드릴 칼라의 일반적인 규격은 158.75mm(6-1/4인치), 177.85mm(7인치), 203.2mm(8인치), 228.6mm(9인치) 등입니다.
V. 라인 파이프
1. 배관 분류
송유관은 석유 및 가스 산업에서 원유, 정제유, 천연가스 및 용수를 운송하는 데 사용되는 강관입니다. 석유 및 가스 운송 파이프라인은 크게 주 파이프라인, 분기 파이프라인, 도시망 파이프라인의 세 가지 종류로 나뉩니다. 주 파이프라인의 일반적인 규격은 직경 406~1219mm, 벽 두께 10~25mm, 강종 X42~X80입니다. 분기 파이프라인과 도시망 파이프라인의 일반적인 규격은 직경 114~700mm, 벽 두께 6~20mm, 강종 X42~X80입니다. 공급 파이프라인과 도시망 파이프라인의 일반적인 규격은 직경 114~700mm, 벽 두께 6~20mm, 강종 X42~X80입니다.
송유관에는 용접 강관과 이음매 없는 강관이 있으며, 용접 강관이 이음매 없는 강관보다 더 많이 사용됩니다.
2. 라인 파이프 표준
송유관 표준은 API 5L "송유관 강관 규격"이지만, 중국은 1997년에 송유관에 대한 두 가지 국가 표준인 GB/T9711.1-1997 "석유 및 가스 산업, 강관 납품 기술 조건 제1부: A급 강관"과 GB/T9711.2-1997 "석유 및 가스 산업, 강관 납품 기술 조건 제2부: B급 강관"을 공포했습니다. 이 두 표준은 API 5L과 동일하며, 많은 국내 사용자들이 이 두 국가 표준에 부합하는 송유관 공급을 요구하고 있습니다.
3. PSL1 및 PSL2에 대하여
PSL은 제품 규격 수준(Product Specification Level)의 약자입니다. 송유관 제품 규격 수준은 PSL1과 PSL2로 나뉘며, 품질 수준 또한 PSL1과 PSL2로 구분됩니다. PSL1은 PSL2보다 상위 규격이며, 두 규격 수준은 시험 요건뿐만 아니라 화학 조성, 기계적 특성 요건에서도 차이가 있습니다. 따라서 API 5L 규정에 따라 계약 조건에는 규격, 강종 등의 일반적인 지표 외에도 제품 규격 수준(PSL1 또는 PSL2)을 명시해야 합니다.
PSL2는 화학 조성, 인장 특성, 충격력, 비파괴 검사 및 기타 지표에서 PSL1보다 더 엄격합니다.
4. 파이프라인 파이프의 강종 및 화학 조성
송유관의 강종은 낮은 등급부터 높은 등급 순으로 A25, A, B, X42, X46, X52, X60, X65, X70, X80으로 나뉩니다.
5. 배관 수압 및 비파괴 검사 요건
배관은 분기별로 수압 시험을 해야 하며, 표준에서는 비파괴적인 수압 발생을 허용하지 않는데, 이는 API 표준과 우리 표준 간의 큰 차이점 중 하나입니다.
PSL1은 비파괴 검사가 필요하지 않지만, PSL2는 가지별로 비파괴 검사를 실시해야 합니다.
VI. 프리미엄 연결
1. 프리미엄 연결 소개
특수 버클은 파이프 나사산의 특수한 구조를 가진 API 나사산과는 다릅니다. 기존의 API 나사산 유정 케이싱은 유정 개발에 널리 사용되고 있지만, 일부 유전의 특수한 환경에서는 분명한 단점이 드러납니다. API 원형 나사산 파이프 기둥은 밀봉 성능은 우수하지만 나사산 부분이 견딜 수 있는 인장력이 파이프 본체 강도의 60~80%에 불과하여 심정 개발에는 사용할 수 없습니다. API 편향 사다리꼴 나사산 파이프 기둥은 나사산 부분의 인장 성능이 파이프 본체 강도와 동일하여 심정 개발에 사용할 수 없습니다. API 편향 사다리꼴 나사산 파이프 기둥은 인장 성능이 좋지 않습니다. 기둥의 인장 성능은 API 원형 나사산 연결부보다 훨씬 높지만 밀봉 성능이 좋지 않아 고압 가스정 개발에는 사용할 수 없습니다. 또한, 나사산 윤활유는 95℃ 이하의 환경에서만 제 역할을 할 수 있으므로 고온 유정 시추에는 사용할 수 없습니다.
API 원형 나사산 및 부분 사다리꼴 나사산 연결 방식과 비교하여 프리미엄 연결 방식은 다음과 같은 측면에서 획기적인 발전을 이루었습니다.
(1) 탄성 및 금속 밀봉 구조 설계를 통해 우수한 밀봉을 제공하여 접합 가스 밀봉 저항이 튜브 본체의 항복 압력 한계에 도달하도록 합니다.
(2) 높은 연결 강도, 프리미엄 커넥션을 사용한 유정 케이싱 연결로 연결 강도가 튜빙 본체의 강도에 도달하거나 이를 초과하여 미끄러짐 문제를 근본적으로 해결합니다.
(3) 재료 선택 및 표면 처리 공정 개선을 통해 실이 버클에 달라붙는 문제를 기본적으로 해결했습니다.
(4) 구조 최적화를 통해 접합 응력 분포가 더욱 합리적이 되어 응력 부식 저항에 더욱 유리합니다.
(5) 합리적인 디자인의 어깨 구조를 통해 버클 조작이 더 쉽게 이루어질 수 있습니다.
현재 전 세계적으로 특허 기술을 적용한 100가지 이상의 프리미엄 연결 방식이 개발되었습니다.
게시 시간: 2024년 2월 21일