생산 가동 중에 장비에 오류가 발생하더라도 조사는 운영자의 일지에서 끝나는 경우가 거의 없습니다. 흔히 종이에서는 괜찮아 보이지만 다운홀이나 파이프라인의 실제 조건을 견딜 수 없는 재료로 인해 발생하는 경우가 많습니다. 이러한 현실로 인해 석유 및 가스 산업은 평평한 시트뿐만 아니라 튜브, 막대 및 튜브 형태로 제공되는 광범위한 유리 강화 에폭시 복합재 제품군을 선택하게 되었습니다. 맞춤형 성형 구성 요소 입니다.각각 다른 응력 세트에 적합한
이 합성물은 실제로 무엇입니까?
그들의 마음에는 유리-에폭시 복합재는 직조 유리 직물과 에폭시 수지 시스템을 결합합니다. 유리는 강도와 강성을 제공합니다. 에폭시는 모든 것을 하나로 묶고 습기와 화학 물질로부터 보호하며 안정적인 전기 절연을 제공합니다. 시트로 압축하거나, 튜브로 인발하거나, 단단한 블록으로 기계 가공하는 등 제조 방법에 따라 이러한 재료는 얇은 절연 와셔부터 직경이 2피트가 넘는 두꺼운 벽 케이싱 구성 요소에 이르기까지 모든 형태로 가공될 수 있습니다.
가장 일반적인 세 가지 등급인 G10, G11 및 FR4는 동일한 기본 화학적 특성을 공유하지만 성능이 다릅니다. G10은 일반 서비스를 위한 균형 잡힌 기계적 및 전기적 특성을 갖춘 주력 제품입니다. G11은 내열성을 추가하여 더 높은 온도에서도 강도를 유지합니다. FR4는 난연성을 제공하며 화재에 노출되면 자가 소화됩니다. 좁은 의미에서 그들 중 어느 것도 본질적으로 '적층판'이 아닙니다. 이는 여러 형태로 제공되는 복합 시스템입니다.
다운홀: 열, 압력, 유체가 충돌하는 곳
시추공 환경은 고온, 고압, 부식성 염수가 혼합된 환경입니다. 유리 에폭시 복합재는 특히 파쇄 및 완성 도구 분야에서 명성을 얻었습니다. FRAC 플러그 콘, 맨드릴, 세팅 링, 노새 신발 및 로드 링으로 가공된 것을 볼 수 있습니다. 접합 작업에서는 와이퍼 플러그와 가이드 슈즈 역할을 합니다.
이를 작동시키는 이유는 드릴링 및 생산 중에 순환하는 오일, 산 및 바닷물에 대한 저항성입니다. 일부 금속과 달리 갈바닉 부식을 일으키지 않으며 극심한 하중에서도 씰을 유지할 수 있을 만큼 충분한 압축 강도를 유지합니다. 드릴링 중 측정(MWD) 및 드릴링 중 로깅(LWD) 도구의 경우 전기 절연도 똑같이 중요합니다. G10 또는 FR4로 제작된 배터리 튜브 및 절연체 하우징은 지속적인 진동을 견디는 동시에 단락으로부터 다운홀 전자 장치를 보호합니다.
플랜지 격리: 조용한 부식 방지
파이프라인에는 다른 위협이 있습니다. 즉, 서로 다른 금속 사이에 갈바니 부식을 일으키는 표류 전류입니다. 이는 플랜지와 피팅을 부식시켜 음극 보호 시스템을 약화시킵니다. 해결책은 절연이며, 유리 에폭시 복합재는 플랜지 절연 키트의 표준 재료입니다.
이러한 키트에는 개스킷, 볼트 슬리브 및 격리 와셔가 포함되어 있으며 일반적으로 시트 스톡에서 절단하거나 그물 모양으로 성형합니다. 복합재는 압력 무결성을 유지하면서 완전한 전기 차단을 생성합니다. 최대 200°C의 탄화수소 서비스의 경우 G11 등급이 대신됩니다. G10 등급이 연화될 때 기계적 특성을 유지하기 때문입니다. 기존의 페놀계 대체재에 비해 이러한 에폭시 기반 소재의 낮은 투과성은 시간이 지남에 따라 누출 위험이 적고 서비스 수명이 길어진다는 것을 의미합니다.
극저온 LNG: 추위가 더 강해진다
액화천연가스 작업으로 인해 재료는 대부분의 복합재가 처리할 수 없는 상황에 놓이게 됩니다. -196°C에서 많은 폴리머가 부서지기 쉽고 구조적 능력을 잃습니다. 유리 에폭시 복합재, 특히 CRYO G-10과 같은 극저온 등급은 반대 방향으로 작용합니다.
테스트 결과 온도가 실내 조건에서 -196°C까지 떨어지면 압축 강도가 실제로 증가하는 것으로 나타났습니다 . 주변 온도에서는 약 583 MPa로 측정됩니다. -100°C에서는 826MPa까지 올라갑니다. LNG의 끓는점에서는 974MPa에 도달합니다. 낮은 열 전도성(약 0.235W/m°C)과 결합된 이러한 특이한 특성으로 인해 이러한 재료는 LNG 파이프 지지대, 열 장벽, 베어링 궤도 및 심지어 터보팽창기 부품에 이상적입니다. 이 재료는 1960년대부터 안정적으로 수행해 온 역할입니다.
수분 및 화학적 공격: 장기적인 위협
수분 흡수는 종종 숨겨진 적입니다. 소량의 습기라도 절연 강도를 저하시키고 수년이 지나면 유리-수지 결합이 약화될 수 있습니다. 유리-에폭시 복합재는 일반적으로 24시간 침지 후 흡수율이 0.15% 미만이며, 일부 특수 등급은 훨씬 더 나은 흡수율을 보입니다. 이러한 낮은 흡수율로 인해 기계적 또는 전기적 가장자리를 잃지 않고 해저 케이블 커넥터, 지하 배수 배관 및 변압기 부싱에서 작동할 수 있습니다.
황화수소가 존재하는 산성 환경에서는 성능이 수지 배합에 따라 달라집니다. 표준 등급은 일반적으로 저항력이 있지만 고온에 장기간 노출되면 수정된 에폭시 시스템이나 대체 재료로 전환해야 할 수 있습니다. 이는 단일 복합재가 모든 것에 적합하지 않다는 점을 상기시켜 줍니다.
종합적으로: 선택 방법
오른쪽 선택 복합재는 결코 '최고의' 재료를 따로 골라내는 것이 아닙니다. 석유 및 가스 응용 분야를 위한 이는 온도 범위, 압력 주기, 유체 구성, 기계적 부하 및 화재 안전 요구 사항 등 특정 환경 범위에 특성을 맞추는 것입니다.
적당한 온도에서의 일반적인 전기적 및 기계적 절연을 위해 G10은 안정적이고 비용 효율적인 선택을 제공합니다. 온도계가 150°C 이상으로 올라가면 G11이 추가 열 마진을 제공합니다. 화재 등급이 필수인 경우 FR4는 핵심 기계적 성능을 희생하지 않고 해당 요구 사항을 충족합니다. 극저온 LNG 서비스의 경우 극저온 등급 G10이 입증된 주력 제품입니다.
석유 및 가스 산업은 재료 선택이 일회성 결정이 아니라는 것을 배웠습니다. 이는 표면 파이프라인의 간단한 격리 와셔를 의미하든지 2마일 지하에 있는 복잡한 완성 도구를 의미하든 진화하는 운영 조건에 복합재 기능을 일치시키는 지속적인 프로세스입니다. 각 복합재가 무엇을 할 수 있고 무엇을 할 수 없는지를 이해함으로써 엔지니어는 지구상에서 가장 혹독한 환경에서도 생존할 뿐만 아니라 해마다 일관되게 성능을 발휘하는 재료를 지정할 수 있습니다.
