사워 서비스에 적합한 케이싱 스풀 티 및 크로스 Frac 헤드를 선택하는 방법은 무엇입니까?

Sour 서비스에 적합한 케이싱 스풀, 티, 크로스 및 Frac 헤드 선택

황화수소()가 포함된 유정의 수압 파쇄는 석유 및 가스 개발에서 가장 까다로운 작업 중 하나입니다. 이러한 "신랄한 서비스" 환경에서는 올바른 서비스를 선택해야 합니다. 케이싱 스풀, 티, 크로스 및 Frac 헤드 조립하려면 기본 압력 등급 이상으로 이동해야 합니다. 특정 야금학적 특성을 고려하지 않으면 표준 탄소강 장비는 매우 짧은 시간 내에 치명적인 황화물 응력 균열(SSC)을 겪을 수 있습니다. 작동 안전을 보장하고 비생산 시간(NPT)을 최소화하며 엄격한 규제 요구 사항을 충족하기 위해 엔지니어링 팀은 재료 과학, 제조 표준 및 고급 밀봉 기술을 기반으로 장비를 평가해야 합니다.

파쇄에서 신 서비스의 숨겨진 위협 평가

황화수소는 독성이 매우 높을 뿐만 아니라; 금속에 대한 부식 효과는 매우 기만적입니다. 산성 환경에서 수분은 원자 수소와 반응하여 고강도 강철의 격자 구조에 쉽게 침투하여 재료가 부서지기 쉬운 원자 수소를 방출합니다.

• SSC의 물리적 메커니즘: 시간이 지남에 따라 금속이 얇아지는 균일한 부식과 달리 SSC는 사전 시각적 경고 없이 갑자기 발생하는 경우가 많습니다. 에 대한 FRAC 헤드 10,000 또는 15,000 PSI 미만에서 작동하는 경우 이러한 균열은 치명적인 파열로 이어집니다. 따라서 사워 서비스를 위한 장비 선택은 더 높은 인성과 수소 취성에 대한 저항성을 얻기 위해 재료 경도를 희생하는 데 중점을 둡니다.
• 침식과 부식의 시너지 효과: 파쇄하는 동안 고속의 프로판트(모래)가 지속적으로 내부 벽을 닦습니다. 티와 십자가 . 신맛이 나는 우물에서는 이러한 마모로 인해 금속 표면의 보호 필름이 벗겨져 새로운 금속 기판에 대한 화학적 공격이 가속화됩니다. 이러한 "침식-부식" 주기에는 균열 저항성과 내마모성의 균형을 맞추기 위해 인코넬 클래딩과 같은 고급 내부 보어 보호 장치를 사용해야 합니다.

핵심 선택 표준: NACE MR0175 및 API 6A의 심층 통합

선택할 때 케이싱 스풀 티 및 크로스 Frac 헤드 , 공급업체가 최고의 국제 사양을 준수하는 재료 인증을 제공하는지 확인하는 것이 필수입니다. 이 두 표준을 검증할 수 없는 경우 장비는 허용할 수 없는 운영 위험을 초래합니다.

1. NACE MR0175 / ISO 15156 경도 요구사항

이는 산성 환경의 재료 선택에 대해 세계적으로 인정받는 "최적 표준"입니다. 이는 금속 부품이 베어링 유체와 접촉할 때 충족해야 하는 특정 야금학적 지표를 정의합니다.

• 경도 한계: 제조에 사용되는 대부분의 저합금강 FRAC 십자가 (예: AISI 4130) NACE는 최대 경도를 다음과 같이 요구합니다. 22HRC (로크웰 C). 너무 단단한 재료는 인장 강도가 높지만 가 있는 경우 부서지기 쉬운 균열이 발생하기 쉽습니다.
• 화학 성분 제한사항: 또한 이 표준은 니켈 함량을 엄격하게 제한합니다(일반적으로 1% 미만). 높은 니켈 농도는 특정 합금에서 수소로 인한 균열에 대한 민감도를 크게 증가시킬 수 있기 때문입니다.

2. API 사양 6A 재료 클래스의 정밀한 일치

API 6A는 유체의 부식성을 기준으로 장비를 다양한 재료 등급으로 분류합니다. 신맛 파쇄 작업의 경우 구매자는 다음에 중점을 두어야 합니다.

• 클래스 DD 및 EE: 이는 모든 금속 부품이 NACE 열처리 및 경도 요구 사항을 엄격하게 준수해야 하는 사워 서비스를 위한 보급형 클래스입니다.
• 클래스 FF 및 HH: 부식성이 높거나 장기간 작동하는 경우, 클래스 HH 장비는 업계 최고의 사례로 간주됩니다. 이 단위는 기능 인코넬 625 또는 모든 젖은 표면에 기타 고성능 합금 오버레이가 있습니다. 초기 조달 비용은 더 높지만 복잡한 파쇄 유체 및 고농도에서의 우수한 수명은 조기 장비 교체를 방지하여 총 수명주기 비용을 크게 줄입니다.

선택 가이드: Sour 서비스와 표준 서비스 장비 매개변수

기술적 차이점을 시각적으로 보여주기 위해 엔지니어링 선택을 위한 참고 자료로 다음 표를 작성했습니다.

통합 Frac 헤드 어셈블리의 고급 설계 기능

초고압 파쇄 작업에서는 표준 구성품 적층이 안전 요구 사항을 충족하지 못할 수 있습니다. 현대 FRAC 헤드 디자인은 통합 및 고성능 코팅을 향해 발전했습니다.

CRA(부식 방지 합금) 클래딩 기술

매우 공격적인 사워 유정의 경우 제조업체는 "용접 오버레이" 또는 "클래딩" 프로세스를 활용합니다. 약 3mm 두께의 니켈 기반 합금 층이 씰 포켓에 용접됩니다. 케이싱 스풀 그리고 중앙 흐름 경로는 FRAC 헤드 .

• 핵심 이점: 이는 장비에 순수 니켈의 거의 전체 내식성과 결합된 저합금강의 구조적 강도를 제공합니다. 밀봉 영역의 경우 이는 현장에서 생사를 좌우하는 공식 부식으로 인한 미세 누출을 효과적으로 방지합니다.

통합 Frac 교차 및 연결 최적화

Sour 서비스의 경우 엔지니어링 설계의 가장 높은 원칙은 잠재적인 누출 경로 수를 최소화하는 것입니다.

• 플랜지 연결 줄이기: 일체형을 사용하세요 통합 FRAC 크로스 여러 개인 대신 티셔츠 . 모든 플랜지 연결은 잠재적인 누출 지점입니다. 열악한 환경에서 플랜지 개스킷이 고장나면 누출되는 가스가 장비 바닥에 있는 직원의 생명에 즉각적인 위협이 됩니다.
• 스터드 연결: 기존의 긴 볼트 플랜지 연결에 비해 스터드 구조는 더 작고 외부 기계적 손상에 덜 민감하여 사워 웰헤드 작업 중에 더 높은 안전 계수를 제공합니다.

자주 묻는 질문(FAQ)

Q1: 우물의 H2S 농도가 매우 낮은 경우 표준 Frac 헤드를 사용할 수 있습니까?

NACE MR0175에 따르면 가스상의 부분압력이 0.05psi를 초과하면 웰은 "신맛"으로 정의됩니다. 낮은 농도에서도 높은 압력으로 인해 수소 원자가 강철에 침투하여 SSC가 발생합니다. 법적 및 안전 위험을 완화하려면 감지될 때마다 NACE 호환 장비를 사용하는 것이 좋습니다.

Q2: NACE 등급 Frac 헤드가 파손 중에 더 빨리 마모되는 것처럼 보이는 이유는 무엇입니까?

이것은 일반적인 관찰입니다. NACE 규격 강철은 더 낮은 경도(22HRC)로 열처리되기 때문에 내식성은 더 단단한 표준 강철보다 약간 낮습니다. 이 문제를 해결하려면 난류가 심한 흐름 회전에서 두꺼운 설계를 사용하거나 내부 보어에 내마모성 코팅 및 인코넬 클래딩을 활용하는 것이 좋습니다.

Q3: PSL 3G의 "G"는 무엇을 의미합니까?

"G"는 다음을 의미합니다. 가스 테스트 . 에 대한 케이싱 스풀 티 및 크로스 Frac 헤드 산성 환경에서는 정수압(물) 테스트가 불충분한 경우가 많습니다. 가스이기 때문에 가스 테스트는 현장에서 요구되는 분자 수준 밀봉 무결성을 보다 정확하게 시뮬레이션합니다.

참고문헌 및 인용

1. NACE MR0175/ISO 15156: 석유 및 천연 가스 산업 - H2S 함유 환경에서 사용하기 위한 재료.
2. API 사양 6A: 21판, 수원 및 나무 장비 사양.
3. 석유 기술 저널: 현대 수압파쇄의 시너지 침식 및 부식 관리(2025).