サワーサービス用に適切なケーシングスプールティーとクロスフラックヘッドを選択するにはどうすればよいですか?

サワーサービス用の適切なケーシングスプール、ティー、クロス、およびフラックヘッドの選択

硫化水素を含む井戸での水圧破砕 () は、石油およびガス開発において最も要求の厳しい作業の 1 つです。このような「サービスが厳しい」環境では、適切なサービスを選択する必要があります。 ケーシングスプール、ティー、クロス、フラックヘッド 組み立てには基本圧力定格を超える必要があります。特定の冶金学的特性を考慮しないと、標準的な炭素鋼装置は非常に短時間で壊滅的な硫化物応力亀裂 (SSC) を引き起こす可能性があります。運用の安全性を確保し、非生産時間 (NPT) を最小限に抑え、厳しい規制要件を満たすために、エンジニアリング チームは材料科学、製造基準、高度なシーリング技術に基づいて機器を評価する必要があります。

フラッキングにおける悪質なサービスの隠れた脅威を評価する

硫化水素は毒性が強いだけではありません。金属に対するその腐食作用は、独特に欺瞞的です。酸っぱい環境では、水分が反応して原子状水素を放出し、この水素が高張力鋼の格子構造に容易に侵入し、材料が脆くなる原因となります。

• SSC の物理的メカニズム: 時間の経過とともに金属が薄くなる均一腐食とは異なり、SSC は事前の視覚的警告なしに突然発生することがよくあります。のために フラクヘッド 10,000 または 15,000 PSI 未満で動作すると、このような破損は壊滅的な爆発につながります。したがって、サワーサービス用の機器を選択する際は、材料の硬度をある程度犠牲にして、より高い靭性と水素脆性に対する耐性を得ることが重要です。
• エロージョンとコロージョンの相乗効果: 破砕中、高速のプロッパント (砂) が常に内壁をこすります。 ティーとクロス 。酸っぱい井戸では、この摩耗により金属表面の保護膜が剥がれ、新しい金属基板への化学的攻撃が加速します。この「エロージョン・コロージョン」サイクルでは、耐クラック性と耐摩耗性のバランスをとるために、インコネルクラッディングなどの高度な内部ボア保護の使用が必要になります。

コア選択標準: NACE MR0175 と API 6A の緊密な統合

を選択するときは、 ケーシングスプールティーとクロスフラクヘッド 、サプライヤーが最上位の国際仕様に準拠した材料証明書を提供していることを確認することが義務付けられています。これら 2 つの基準を検証できない場合、機器は許容できない運用上のリスクを引き起こします。

1. NACE MR0175 / ISO 15156 硬度要件

これは、厳しい環境における材料選択の世界的に認められた「ゴールドスタンダード」です。これは、金属部品が含有流体と接触するときに満たさなければならない特定の冶金学的指標を定義します。

• 硬度限界: 製造に使用されるほとんどの低合金鋼に対応 フラククロス (AISI 4130 など)、NACE は最大硬度を義務付けています。 22HRC (ロックウェル C)。硬すぎる材料は引張強度が高い可能性がありますが、 が存在すると脆性亀裂が非常に発生しやすくなります。
• 化学組成の制限: また、ニッケル濃度が高いと、特定の合金の水素誘起亀裂に対する感度が大幅に増加する可能性があるため、この規格ではニッケル含有量を厳しく制限しています (通常は 1% 未満)。

2. API 仕様 6A マテリアル クラスの正確なマッチング

API 6A は、流体の腐食性に基づいて機器をさまざまな材料クラスに分類します。サワー破砕作業の場合、購入者は次のことに重点を置く必要があります。

• クラス DD および EE: これらはサワー サービスの入門レベルのクラスであり、すべての金属部品が NACE の熱処理と硬度の要件に厳密に従うことが求められます。
• クラス FF および HH: 腐食性の高い使用や長期間の使用の場合、 クラスHH 機器は業界のベストプラクティスとみなされます。これらのユニットの特徴は、 インコネル625 またはその他の高性能合金をすべての接液面にオーバーレイします。初期調達コストは高くなりますが、複雑なフラクショナル流体および高濃度での優れた寿命により、早期の機器交換が防止され、トータルのライフサイクルコストが大幅に削減されます。

選択ガイド: サワーサービスと標準サービス機器のパラメータ

技術的な違いを視覚的に示すために、エンジニアリング選択の参考として次の表を作成しました。

一体型フラクヘッドアセンブリの高度な設計機能

超高圧破砕作業では、標準的なコンポーネントの積み重ねでは安全性の要求を満たせない場合があります。モダン フラクヘッド 設計は統合と高性能コーティングを目指して進化してきました。

CRA（耐食合金）クラッド技術

非常に攻撃的なサワーウェルでは、メーカーは「溶接オーバーレイ」または「クラッディング」プロセスを利用します。厚さ約 3 mm のニッケルベースの合金の層が、シールポケットに溶接されています。 ケーシングスプール 中央流路と フラクヘッド .

• 主な利点: これにより、純ニッケルのほぼ完全な耐食性と組み合わされた低合金鋼の構造強度が機器に与えられます。シール領域では、孔食が現場に存在すると死活問題となる孔食による微小漏れを効果的に防止します。

統合された Frac クロスと接続の最適化

サワーサービスの場合、エンジニアリング設計の最も重要な原則は、潜在的な漏れ経路の数を最小限に抑えることです。

• フランジ接続の削減: 一体型を使用する 一体型フラククロス 複数の個人の代わりに ティー 。すべてのフランジ接続は潜在的な漏れポイントとなります。厳しい環境では、フランジ ガスケットが破損すると、漏れたガスがリグのフロアにいる作業員の生命に差し迫った脅威をもたらします。
• スタッド接続: 従来のロングボルトのフランジ接続と比較して、スタッド構造はよりコンパクトで外部の機械的損傷の影響を受けにくいため、酸性坑口の作業中により高い安全率を提供します。

よくある質問 (FAQ)

Q1: 井戸内の H2S 濃度が非常に低い場合、標準的なフラクヘッドを使用できますか?

NACE MR0175 によれば、気相内の分圧が 0.05 psi を超える場合、井戸は「酸っぱい」と定義されます。たとえ低濃度であっても、高圧により水素原子が鋼に浸透し、SSC を引き起こします。法的および安全上のリスクを軽減するために、NACE が検出された場合は常に NACE 準拠の機器を使用することをお勧めします。

Q2: NACE 認定のフラクヘッドは、破砕中に摩耗が早くなるのはなぜですか?

これは一般的な観察です。 NACE 準拠の鋼は低硬度 (22 HRC) に熱処理されているため、耐浸食性はより硬い標準鋼よりもわずかに低くなります。これを解決するには、乱流の激しい流れの曲がり角で厚みを持たせた設計を使用するか、内部ボアに耐摩耗性コーティングとインコネル被覆を利用することをお勧めします。

Q3: PSL 3G の「G」は何の略ですか?

「G」は ガス試験 。のために ケーシングスプールティーとクロスフラクヘッド 劣悪な環境では、静水圧 (水) テストでは不十分なことがよくあります。は気体であるため、ガス試験は現場で必要とされる分子レベルのシール完全性をより正確にシミュレートします。

参考文献と引用

1. NACE MR0175/ISO 15156: 石油および天然ガス産業 - H2S を含む環境で使用する材料。
2. API 仕様 6A: 第 21 版、坑口およびツリー装置の仕様。
3. 石油技術ジャーナル: 現代の水圧破砕法における相乗的浸食と腐食の管理 (2025).