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천연가스 생산을 위한 고합금 유정관의 제조기술

전문가 제언: ○ 1878년 카스피해에서 최초로 해저원유가 채굴된 이래 1954년의 멕시코만 유전과 1970년대의 북해유전의 개발을 계기로 하여 해저에너지의 탐사 기술이 발전하면서 2000년 이후에 개발된 새로운 유전과 가스전은 70%가 해저에 존재하며 이중 50%가 1,500m 이하의 심해유전으로 최근에는 수심 3,000m 이하의 초심해 유전까지 개발되고 있다. 해저 유전이나 가스전의 굴삭과 원유 또는 천연가스의 생산에는 유정관(OCTG: Oil Country Tubular Goods)이 이용된다.

○ 유정관은 채취를 위한 드릴파이프, 유정의 붕괴를 방지하는 케이싱 파이프, 유정 굴삭용 유체를 순환시키는 라이저(riser)관으로 구성되며, 여기에는 직경 2인치의 소구경부터 20인치의 대구경까지의 강관이 이용된다. 채굴환경이 심해화함에 따라 유정관은 고열, 고압에 견딜 수 있는 높은 내압강도와 H2S, CO2를 함유한 사워가스(sour gas)에 대한 내식성이 요구된다. 따라서 고Cr, 고Ni 스테인리스 심리스(seamless) 강관을 위시하여 고강도와 고내식성을 겸비한 고합금 강관이 이용된다.

○ 내식성을 겸비한 고강도강의 합금설계에는 ①저C화에 의하여 방식에 유효한 용존 Cr 양을 증가시키고, ②고온과 고 CO2 분압에서 이온화경향이 작은 Ni를 첨가하여 내 CO2 부식성을 향상시키며, ③Mo를 첨가하여 내공식성과 H2S부식에 대한 내성을 증대시키는 방법이 이용된다. 이와 같은 방법으로 개발된 강종으로는 13%Cr강, 13Cr강의 Ni를 6～7%로 증량한 15%Cr강, Ni를 3.5～4.5%로 낮추고 Mo를 2.3～2.8%로 높인 17%Cr강이 있다. 원문에서 소개하고 있는 REM첨가강은 기존의 발상과는 달리 전위구조를 제어하여 내SCC성을 확보하는 점이 특이하다.

○ 국내에서도 유정관용 강재와 강관을 생산하여 상당량을 수출하고 있으며 2015년 유정관의 세계 수요는 1,730만 톤으로 증가할 것으로 예측되고 있다. 앞으로 수출시장에서 중국, 일본 등과의 국제경쟁은 더욱 치열해질 것이므로 채굴환경의 악화에 대응할 수 있는 고품질 강관재의 개발이 요구된다. 또 에너지 수송용 라인파이프용강, 해상구조물용 고강도 내해수성강의 고급화도 중요한 개발과제가 되고 있다.

저자: Hideki Takabe
자료유형: 학술정보