뉴스 - 시추공 장비용 재료는 어떻게 선택해야 할까요?

시추공 도구의 재질 선택은 여러 요인의 영향을 받습니다. 시추공 도구 유형의 관점에서 보면 다음과 같습니다.

드릴링 도구로깅 도구 및작업 도구이러한 공구는 시추공 내에서 사용 수명이 짧기 때문에 높은 강도가 요구되지만 내식성 요구 사항은 낮아야 합니다.

완공 도구: 이 도구들은 시추공 내에서 수년간 작동해야 하므로 시추공 온도 및 부식 저항성을 고려해야 합니다.

시추공 환경의 관점에서 볼 때, 이들은 일반적으로 네 가지 범주로 분류됩니다.

표준 환경(황화수소(H₂S)가 없고 이산화탄소(CO₂) 함량이 1psi[약 0.0069MPa] 미만인 환경); H₂S 부식 환경; CO₂ 부식 환경; H₂S와 CO₂가 혼합된 부식 환경.

표준 환경에서의 시추공 공구용 재료 선정

일반적인 환경에서 사용되는 시추공 공구에는 일반적으로 4130, 4140, 4145(AISI 등급)와 같은 합금강이 선택됩니다. 이러한 재료의 화학 조성 및 기계적 강도는 다음 표에 나와 있습니다.

1. 화학 조성 비교 (질량 분율)

요소	4130 (AISI)	4140 (AISI)	4145 (AISI 4145H)
탄소(C)	0.28-0.33%	0.33-0.48%	0.43-0.48%
망간(Mn)	0.40-0.60%	0.75-1.00%	0.75-1.00%
크롬(Cr)	0.80-1.10%	0.80-1.10%	0.80-1.10%
몰리브덴(Mo)	0.15-0.25%	0.15-0.25%	0.15-0.25%
실리콘(Si)	0.15-0.35%	0.15-0.35%	0.15-0.35%
황(S)/인(P)	≤0.040%(S), ≤0.035%(P)	≤0.030% (S), ≤0.030% (P)	≤0.030% (S), ≤0.030% (P)

2. 기계적 강도 비교

기계적 특성	4130	4140	4145 (H등급, 일반적인 값)
인장 강도	760-871 MPa	795-1000 MPa	950-1100 MPa
항복 강도	≥635 MPa	≥610-750 MPa	≥750 MPa
연장	17% 이상	22% 이상	10% 이상
경도(HRC)	28-32 (담금질 및 템퍼링 후)	28-34 (담금질 및 템퍼링 후)	32-36 (담금질 및 템퍼링 후)

표에서 볼 수 있듯이:

이들 물질의 탄소 함량은 4130 < 4140 < 4145 순으로 증가하는 반면, 다른 원소들의 함량은 유사합니다.

기계적 특성: 강도는 탄소 함량과 양의 상관관계를 가지며, 4145가 가장 높은 강도를 나타냅니다. 반면 인성은 탄소 함량과 반비례하여 감소하며, 4130이 가장 높은 인성을 보입니다.

4130, 4140, 4145는 국제 자재 등급이며, 중국에서 이에 상응하는 국내 등급은 다음과 같습니다.

4130 (AISI) ≡ 국내 등급 30CrMoA;
4140 (AISI) ≡ 국내 등급 42CrMo;
4145H (AISI) ≡ 국내 등급 45CrMo.

4130 및 4140은 비용 효율성과 용접성을 중점적으로 고려하여 기존의 완공 도구에 적합합니다.

4145H는 강도와 내마모성이 우선시되는 심정, 고압 또는 고하중 공구(예: 드릴링 공구 및 작업 공구)에 자주 사용됩니다.

부식성 환경에서의 완공 도구용 재료 선정

부식성 환경에서의 시추 완료 도구 선택은 주로 산성 가스(CO₂와 H₂S 두 가지 유형으로 나뉩니다)의 부분 압력에 따라 결정됩니다.

1. 이산화탄소 함량이 높은 우물

이산화탄소 부식을 방지하려면 재료의 크롬(Cr) 함량을 높여야 합니다. 아래 재료들은 (크롬 함량 순으로) 이산화탄소 분압이 0.5 MPa에서 14 MPa 범위인 유정을 기본적으로 덮을 수 있습니다.：3Cr(크롬 함량 ≈ 3%), 9Cr1Mo(크롬 함량 ≈ 9%), 13Cr, S13Cr, 17Cr(S17400 등급), 22Cr(예: 듀플렉스 스테인리스강 S32205) 및 25Cr 강.

2. 황화수소 함량이 높은 유정

황화물 응력 균열(SSC) 부식을 줄이기 위해서는 재료의 니켈(Ni) 함량을 높여야 합니다. H₂S 분압이 1 MPa 이상이고 CO₂ 분압 또한 높은 경우에는 다음과 같은 고온 합금을 사용해야 합니다.

특수 부품용 재료 선정

시추공 내 장비(유정 유체와 접촉하고 하중을 받는 부분)의 주요 재질: 상기 기준에 따라 선정됩니다.

전단 부품: 일반적으로 H62 황동 또는 S36600 스테인리스강 막대로 제작됩니다.

고정 부품: 20CrMoTi 또는 20CrMnTi 중에서 선택. 표면 경도 향상을 위해 표면 침탄 처리(침탄층 두께 0.8~1.2mm)가 필요하며, 이를 통해 표면 경도가 HRC 58~62까지 증가합니다.

재료 선택 및 참조 표준에 영향을 미치는 기타 요인

산성 가스 외에도, 시추공 내 유정 케이싱 및 시추공 도구의 재질 선택은 시추공 온도, 함수율, 광물화 정도 및 pH 값과도 관련이 있습니다. 보다 구체적인 선택 기준은 해양 석유 및 가스정의 튜빙 및 케이싱 부식 방지 설계 지침(Q/HS 14015)을 참조하십시오.

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게시 시간: 2025년 9월 3일