API (American Petroleum Institute) 5ct 고강도 강철은 높은 순환 유압 파쇄 하중을받는 웰의 케이싱 스트링에 광범위하게 사용됩니다. P110 케이싱 스트링과 같은 API 스틸의 비 소스 등급이 우물 구조를 위해 만족스럽게 사용되었지만, 표준 API P110 연결은 유압 골절이 필요한 셰일 웰의 파이프 본체 고장보다 더 높은 고장 속도를 보였습니다. P110 파이프 본체 및 연결 고장은 또한 제조 실무가 열악한 경우 P110 스틸 케이싱을 생산하기 위해 제조 실무가 열악한 경우에도 경험되었습니다.
중요한 재료 특성
API 5ct 고강도 강의 한계를 이해할 때 다음과 같은 재료 특성이 중요합니다 : 항복 강도 (YS), Charpy V-notch (CVN) 충격 에너지, 경도 및 템퍼링.
API 사양 5CT\/ISO 1196 0는 재료 등급에 따라 0. 5%에서 0. Ys입니다. ASTM 방법은 0.2% 신장에서 시작하는 응력 변형 곡선의 선형 부분과 평행 한 선을 그립니다. 이곳은 응력 축의 응력-변형 곡선이 0.2% 오프셋 Ys로 정의됩니다. 두 방법 모두 매우 유사한 결과를 생성합니다. 인장 테스트에서 얻은이 값은 재료가 API 지정 최소 항복 강도 (SMYS) 요구 사항을 충족하는지 결정하는 데 사용되며, 이는 하중 케이스 고려 사항 및 설계 안전 요인을 결정하는 데 중요합니다.
CVN 충격 에너지 또는 "강인성"은 재료의 균열을 시작하고 전파하는 데 필요한 에너지입니다. 인성은 파이프 고장이 발생할 때까지 균열이 자라지 않고 균열을 체포 할 수있게하므로 귀중한 속성입니다. 인성은 온도와 강한 상관 관계를 가지며 바닥 홀 온도에서 매우 높을 수 있습니다. 그러나 일부 고강도 강철 재료는 시원한 표면 온도에서 더욱 부서지기 쉽습니다.
경도 테스트는 인테이너에 적용되는 알려진 압축력으로부터의 변형에 저항하는 재료의 능력을 측정합니다. 강철의 강도가 높을수록 변형이 줄어 듭니다. 따라서, 획득 된 경도 값이 높을수록. 경도와 인장 강도 사이에는 상관 관계가 있기 때문에 경도 테스트는 강철의 대략적인 강도 수준을 결정하기 위해 비파괴 소규모 품질 보증 테스트로 사용될 수 있습니다. 또 다른 중요한 관련 고려 사항은 경도가 높은 재료와 항복 강도가 높은 재료가 환경 보조 균열에 더 취약하다는 것입니다.
템퍼링은 상대적으로 높은 온도에서 켄칭하여 강화 된 후 특정 기간 동안 강철이 미리 정해진 온도로 가열되는 열 공정입니다. 담금질이됨에 따라 탄소강은 매우 단단하고 부서지기 쉬운 방식으로 행동합니다. 그러나, 템퍼링 공정은 경도\/항복 강도를 낮추고이 공정에서 사용되는 시간과 온도에 따라 강철의 강인성을보다 허용 가능한 수준으로 낮추게한다.
현재 P110 API 5CT 사양
API 사양 5CT는 P110 등급 강철이 110 KSI와 140 ksi 사이의 항복 강도 범위를 갖도록 요구합니다. 이 재료의 높은 강도로 인해 본질적으로 매우 높은 경도가있어 환경 보조 균열에 취약합니다. 특히 140 KSI에 가까워 질 수 있습니다. 많은 고강도 강철 재료는이 문제를 해결하기 위해 최대 경도 요구 사항이 있습니다. 그러나 P110 스틸에는이 요구 사항이 부족합니다.
또한, 모든 고강도 사워 등급 석유 국가 관상 상품 (OCTG) 강은 경도가 감소하고 황화물 응력 균열 (SSC) 저항성이 강인성과 함께 증가하기 위해 최소 온도 온도 요구 사항을 가지고 있습니다. 그러나, p110은 켄칭하고 템퍼링되어야하지만 최소 온도 온도 요구 사항이 부족합니다. 일부 기본 P110 사양 요구 사항이 표 1에 나와 있습니다.
철강 제작 및 가공 기술 분야의 오늘날 표준의 발전으로 철강 산업은 더 깨끗하고 강력한 강을 생산할 수 있습니다. 그러나 이것은 API 5CT 사양의 현재 판에 반영되지 않습니다. 또한, P110 파이프 바디 재료는 최종 사용자가 구체적으로 호출하지 않는 한 정의 된 인성 테스트 요구 사항이 없습니다. 강인성 테스트가 필요한 경우에도 API 5CT (파이프 본체 및 커플 링 스톡의 경우)의 최소 CVN 충격 값 요구 사항이 너무 낮습니다.
이러한 낮은 CVN 강인성 값 요구 사항 및\/또는 강인성 테스트 요구 사항의 부족으로 인해 최종 사용자는 우물 설계에 사용될 표준보다 높은 강인성 재료가 필요한지 여부를 인식해야합니다.
육상 우물의 전형적인 실패
P110 강철 관형은 많은 웰에서 적절하게 성능을 발휘하지만 높은 순환 파쇄 하중이 필요한 웰의 고장에 더 취약합니다. 문서화 된 고장의 대부분은 높은 적용된 내부 압력에 겹쳐진 화장 응력으로 인해 파쇄 순환 응력 수준이 가장 높은 연결에서 발생합니다. 또한, NACE 및\/또는 FRACK 유체에 의해 신맛이없는 것으로 간주되지 않는 매우 낮은 농도의 H2의 존재조차도 P110과 같은 고강도 강을 수용 할 수있는 충분한 수소를 생성하고 이러한 높은 FRAC 하중을받을 때 실패 할 수 있습니다. 다른 경우, 전기 저항 용접 (ERW) 이음새 용접의 제조 결함 및\/또는 이음새, 랩, 딱지 및\/또는 균열과 같은 매끄러운 파이프 결함으로 인해 실패가 발생했습니다.
실패 완화
높은 순환 프 래킹 하중이 필요한 육상 우물 설계를 평가할 때 (1) 응력 수준, (2) 환경 및 (3) 환경 및\/또는 높은 순환 부하로 인한 균열에 대한 재료 감수성의 세 가지 중요한 매개 변수를 고려해야합니다.
가장 높은 응력은 항상 연결에있을 것으로 예상되므로 낮은 메이크업 응력과의 연결을 사용하여 응력 수준을 줄일 수 있습니다. 우물의 경제성에 따라, 높은 메이크업 응력을 가진 표준 API 연결은 핀 끝 근처에 금속 씰을 갖는 낮은 스레드 간섭 연결 (즉, 금속 씰 독점 연결) 및\/또는 메이크업시 스트레스가 낮은 다른 유형의 연결 (IE 수정 된 API 연결)과 같은 낮은 스레드 간섭 연결과 같은 낮은 메이크업 응력과의 연결로 대체 될 수 있습니다.
이러한 해외 우물 중 일부를 프 래킹하는 동안 비 생산 환경은 예측할 수 없을 수 있기 때문에 일부 운영자는 최대 허용 항복 강도에 대한 일부 제한이있는 P110 케이싱 재료를 지정하는 표준 관행이되었습니다. 제조업체에 따라 제한된 p110 재료는 제한된 수율 (RY) 또는 가벼운 사워 (MS)와 같은 다른 명칭을 가질 수 있습니다. 이 RY P110 재료의 일반적인 최대 허용 항복 강도는 125 ksi입니다. 최대 허용 가능한 항복 강도를 줄이면 환경 균열에 대한 감수성이 감소하고 동시에 템퍼링 시간과 온도가 더 부드럽고 강한 재료를 생성하기 때문에 재료의 인성을 증가시킵니다.
육상 웰스에서 케이싱 고장을 완화하는 데있어 또 다른 중요한 측면은 강력한 QA\/QC 프로그램과 파이프 구매 프로세스를 보유하고 있습니다. 그런 다음 운영자의 요구에 따라 맞춤형 QA\/QC 프로그램을 개발할 수 있습니다.
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