KR20190107702A - 코일링된 튜빙 스트링을 제조하는 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 단일의 연속 조작으로 특정된 재료 특성들을 충족시키는 코일링된 튜빙 스트링을 제조하는 방법에 관한 것이다.

Description

코일링된 튜빙 스트링을 제조하는 방법
[0001] 본 개시는 코일링된 튜빙 스트링(coiled tubing string)을 제조하는 방법에 관한 것이다.
[0002] 코일링된 튜빙 스트링들은 석유 및 가스 산업에서 많은 적용들에서 사용된다. 튜빙 스트링은 평탄형 금속 시트에 끝과 끝이 이어지게 결합되고 어큐물레이터(accumulator) 상에 코일링되는 평탄형 금속 스트립들로 성형된다. 평탄형 금속 시트는 일반적으로 어큐물레이터로부터 언코일링되고, 튜브 형태로 구부러지고, 그리고 튜빙의 스트링을 생산하기 위해 시임(seam)을 따라 용접된다. 그 후, 튜빙 스트링은 스풀(spool) 상에 코일링된다.
[0003] 통상적으로, 코일링된 튜빙 스트링은 다른 위치로 이동되고, 특정된 재료 특성들을 획득하기 위해 부가의 처리, 예컨대 가열, 급냉, 및 템퍼링을 위해 스풀로부터 언코일링된다. 부가의 처리 후에, 튜빙 스트링은 다른 스풀 상에 리코일링되고, 석유 및 가스 조작에서의 사용 전에 부가의 시험을 위한 다른 위치로 수송된다. 튜빙 스트링의 언코일링, 이동 및 리코일링은 튜빙 스트링을 제조하는 공정에 대한 시간 및 비용을 추가한다.
[0004] 따라서, 코일링된 튜빙 스트링을 제조하는 개선된 방법에 대한 필요가 존재한다.
[0005] 일 실시예에서, 코일링된 튜빙 스트링을 제조하는 방법은 평탄형 금속 시트(flat metal sheet)를 어큐물레이터(accumulator)로부터 언코일링하는(uncoiling) 단계; 평탄형 금속 시트의 에지들이 튜브 형태의 길이 방향의 길이를 따라 시임(seam)을 성형하도록 어큐물레이터로부터 튜브 형태로 언코일링되는 평탄형 금속 시트를 구부리는 단계; 튜빙 스트링을 성형하기 위해 길이 방향의 길이를 따라 성형되는 시임을 용접하는 단계; 및 튜빙 스트링을 스풀(spool) 상에 코일링하는 단계를 포함하며, 튜빙 스트링은 어큐물레이터로부터 스풀로의 연속 조작시에 특정된 재료 특성들을 충족시키도록 열처리된다.
[0006] 본 개시의 위에서 인용된 특징들이 상세히 이해될 수 있는 방식으로, 상기에서 간단하게 요약된 본 개시에 대한 보다 구체적인 설명이, 그의 일부가 첨부된 도면들에 예시된 실시예들을 참조하여 이루어질 수 있다. 그러나, 본 개시가 다른 동등한 효과적인 실시예들을 허용할 수 있기 때문에, 첨부된 도면들은 본 개시의 단지 전형적인 실시예들만을 예시하며 따라서 본 개시의 범주를 제한하는 것으로 간주되지 않는다는 것에 주목해야 한다.
[0007] 도 1은 일 실시예에 따른, 코일링된 튜빙 스트링 조작의 개략적인 예시이다.
[0008] 도 2는 일 실시예에 따른, 코일링된 튜빙 스트링을 제조하는 방법의 개략적인 예시이다.
[0009] 도 1은 일 실시예에 따른, 코일링된 튜빙 스트링 조작(5)의 개략적인 예시이다. 조작(5)은, 특정한 재료 특성들을 충족시키기 위해 단일의 연속 조작으로, 어큐물레이터(200)로부터 금속의 평탄형 시트를 언코일링하는 단계, 코일링된 튜빙 스트링을 제조하는 방법(100)을 통해 평탄형 시트를 이송시키는 단계, 및 성형된 튜빙 스트링을 스풀(300) 상에 코일링하는 단계를 모두 포함한다. 튜빙 스트링이 스풀(300) 상에 스풀링된(spooled) 후에, 부가의 시험, 검사 및 설치가 발생할 수 있지만, 튜빙 스트링은 스풀(300) 상에 코일링될 때 특정된 재료 특성들을 충족시키도록 제조될 것이다.
[0010] 특정된 재료 특성들은 물리적인 특성들, 기계적인 특성들, 및 구조적인 특성들을 포함할 수 있다(그러나, 이에 제한되지 않음). 물리적인 특성들은 치수들(예컨대, 길이, 내경/외경 크기, 및 벽 두께), 표면 품질(예컨대, 평활도(smoothness)), 및 진원도(roundness)를 포함할 수 있다(그러나, 이에 제한되지 않음). 기계적인 특성들은 항복 강도, 인장 강도, 연신율, 탄성 계수, 인성(toughness), 파괴 인성, 경도, 피로 수명, 피로 강도, 연성을 포함할 수 있다(그러나, 이에 제한되지 않음). 구조적인 특성들은 입자 크기, 내식성, 미세구조 및 조성을 포함할 수 있다(그러나, 이에 제한되지 않음).
[0011] 조작(5)은 증가된 출력을 가지고, 다른 코일링된 튜빙 스트링 열처리 조작들보다 효과적이며, 다른 코일링된 튜빙 스트링 열처리 조작들은, 특정된 재료 특성들을 충족시키기 위해, 여러번 그리고 부가의 처리들, 예컨대 열처리들을 위한 다수의 위치들로의 튜빙 스트링의 언코일링, 리코일링, 및 이동을 요구한다. 본원에서 설명되는 방법(100)에 따라 성형되는 튜빙 스트링은 완전히 성형되고, 어큐물레이터(200)로 금속의 평탄형 시트의 언코일링으로부터 시작하여 스풀(300) 상에서의 튜빙 스트링의 코일링으로 종료되며, 특정한 재료 특성들을 완전히 충족시키는 완전한, 연속 조작으로 처리된다. 본원에서 설명되는 방법(100)에 따라 성형되는 튜빙 스트링은 특정된 재료 특성들을 충족시키기 위한 부가의 처리들을 위해 스풀(300)로부터 튜빙 스트링의 언코일링, 리스트레이트닝(re-straightening), 또는 이동을 요구하지 않는다. 튜빙 스트링이 성형되고, 처리되고 그리고/또는 코일링되는 속도는, 전체 조작(5) 전체에 걸쳐 제어될 수 있으며, 예컨대 증가되거나 감소될 수 있다.
[0012] 도 2는, 연속적인 평탄형 금속 시트(10)로 시작하여 스풀(300) 상에 코일링된 튜빙 스트링으로 종료되는 연속 조작(도 1에서 도시됨)으로 코일링된 튜빙 스트링을 제조하는 방법(100)을 개략적으로 예시한다. 평탄형 금속 시트(10)는 어큐물레이터(200) 상에 사전-코일링될 수 있다. 평탄형 금속 시트(10)는 연철 또는 강을 포함할 수 있다.
[0013] 평탄형 금속 시트(10)는 어큐물레이터(200)로부터 튜브 성형 조작(15)으로 연속적으로 이송된다. 튜브 성형 조작(15)시에, 평탄형 금속 시트(10)는, 길이 방향 시임이 합쳐지는(brought together) 평탄형 금속 시트(10)의 에지들에 의해 길이 방향의 길이를 따라 성형되도록 튜브 형태로 구부러진다. 평탄형 금속 시트(10)는 당 분야에서 공지된 바와 같은 하나 이상의 튜브 성형기들을 사용하여 튜브 형태로 구부러질 수 있다.
[0014] 튜브 성형 조작(15)으로부터, 평탄형 금속 시트(10)는 시임 용접 조작(20)으로 연속적으로 이송된다. 시임 용접 조작(20)시에, 튜브 형태로 구부러진 평탄형 금속 시트(10)는 튜빙 스트링(90)을 성형하기 위해 시임을 따라 용접된다. 시임은, 당 분야에서 공지된 바와 같은 고주파 유도 용접 공정 및/또는 다른 용접 공정들을 사용하여 용접될 수 있다.
[0015] 시임 용접 조작(20) 후에, 튜빙 스트링(90)은, 초기 냉각 조작으로 일괄적으로 지칭되는, 시임 어닐링 조작(seam annealing operation)(25), 공냉 조작(30), 및/또는 수냉 조작(35)을 통해 보내어진다. 특히, 튜빙 스트링(90)은 시임 용접부를 따라 어닐링되고, 그 후 공냉되고, 그리고/또는 그 후 주변 온도로 수냉된다.
[0016] 시임 어닐링 조작(25)시에, 예를 들어, 용접된 시임은 경도를 감소시키고, 입자 크기를 개량하고, 그리고 용접된 시임의 연성을 증가시키기 위해 (예컨대, 약 955℃의 온도로 유도 가열함으로써) 신속하게 가열된다. 공냉 조작(30) 및/또는 수냉 조작(35)시에, 예를 들어, 튜빙 스트링(90)은, 처음 튜브 사이징(sizing) 및/또는 검사 조작/시험 조작을 위해 튜빙 스트링(90)의 온도를 주변 온도로 내리기 위해 공기 및/또는 물에 의해 전체적으로 또는 적어도 부분적으로 천천히 냉각된다. 초기 냉각 조작은 임의의 수의 공냉 조작 및/또는 수냉 조작을 포함할 수 있다.
[0017] 초기 냉각 조작 후에, 초기 튜브 사이징 조작(40)이 수행된다. 튜빙 스트링(90)은, 하나 이상의 사이징 롤러들이 튜빙 스트링(90)의 예비 외측 직경을 성형하는 초기 튜브 사이징 조작(40)을 통해 진행된다. 예를 들어, 하나 이상의 롤러들은 튜빙 스트링(90)의 외경을 보다 큰 외경으로부터 보다 작은 공칭(nominal) 외경으로 (점진적으로) 감소시킨다. 초기 튜브 사이징 조작(40) 후에, 튜빙 스트링(90)은, 하나 이상의 비파괴 시험들이 특정된 재료 특성들을 변경시키기 위해 튜빙 스트링(90) 상에서 수행되며 그리고 튜빙 스트링(90)의 용접 시임 품질이 획득되는 초기 검사/시험 조작(45)을 겪는다.
[0018] 초기 검사/시험 조작(45)으로부터, 튜빙 스트링(90)은, 열처리 조작으로 일괄적으로 지칭되는, 오스테나이트화(austenitizing) 조작(50), 급냉(quenching) 조작(55), 및/또는 템퍼링 조작(60)을 통해 보내어진다. 특히, 튜빙 스트링(90)은 특정된 재료 특성들을 획득하기 위해 열처리 조작에 의해, 예컨대 튜빙 스트링(90)의 미세구조를 변경시킴으로써 처리되며, 예컨대, 반복적으로 가열되고 그리고/또는 냉각된다.
[0019] 오스테나이트화 조작(50)시에, 예를 들어, 튜빙 스트링(90)은 오스테나이트화하도록 튜빙 스트링(90)의 미세구조를 변경시키기 위해 약 850℃ 내지 약 1,050℃의 범위 내의 온도로 가열된다. 급냉 조작(55)시에, 예를 들어, 튜빙 스트링(90)은, 마르텐사이트를 형성하고 그리고 튜빙 스트링(90)의 경도 및 강도를 증가시키기 위해 물에 의해 신속하게 냉각된다. 템퍼링 조작(60)시에, 예를 들어, 튜빙 스트링(90)은 급냉 조작(55) 동안 획득되는 튜빙 스트링(90)의 경도의 일부를 감소시키고 그리고 템퍼링된 마르텐사이트 미세구조를 형성하기 위해 다시 가열된다. 열처리 조작은 임의의 수의 오스테나이트화 조작, 급냉 조작, 및/또는 템퍼링 조작을 포함할 수 있다.
[0020] 열처리 조작들 후에, 튜빙 스트링(90)은, 최종 냉각 조작으로서 일괄적으로 지칭되는, 또 다른 공냉 조작(65) 및/또는 또 다른 수냉 조작(70)을 통해 보내어진다. 특히, 튜빙 스트링(90)은 공냉되고 그리고 그 후 주변 온도로 수냉된다. 공냉 조작(65) 및/또는 수냉 조작(70)시에, 예를 들어, 튜빙 스트링(90)은, 최종 튜브 사이징 및/또는 검사 조작/시험 조작, 및/또는 코일링 조작을 위해 튜빙 스트링(90)의 온도를 내리기 위해 공기 및/또는 물에 의해 천천히 냉각된다. 최종 냉각 조작은 임의의 수의 공냉 조작 및/또는 수냉 조작을 포함할 수 있다.
[0021] 최종 냉각 조작으로부터, 튜빙 스트링(90)은 최종 튜브 사이징을 수행하기 위해 최종 튜브 사이징 조작(75)으로 연속적으로 이송된다. 최종 튜브 사이징 조작(75)시에, 튜빙 스트링(90)의 외경은 요망되는 외경으로 개량된다. 예를 들어, 튜빙 스트링(90)의 외경은 최종 튜브 사이징 조작(75) 동안 (하나 이상의 단계들에서 하나 이상의 일련의 사이징 롤러들에 의해) 감소될 수 있다. 튜빙 스트링(90)은 실질적으로 균일한 외경, 실질적으로 균일한 내경, 및/또는 실질적으로 균일한 벽 두께를 가지도록 크기가 결정될 수 있다. 최종 튜브 사이징 조작(75) 후에, 튜빙 스트링(90)은, 하나 이상의 비파괴 시험들이 특정된 재료 특성들을 변경시키기 위해 튜빙 스트링(90) 상에서 수행되며 그리고 튜빙 스트링(90)의 용접 시임 품질이 획득되는 최종 검사/시험 조작(80)을 겪는다.
[0022] 최종 검사/시험 조작(80)으로부터, 튜빙 스트링(90)은 튜브 코일링 조작(85)으로 연속적으로 이송된다. 튜브 코일링 조작(85)시에, 튜빙 스트링(90)은 도 1에서 예시되는 스풀(300)과 같은 스풀 상에 연속적으로 코일링된다. 튜빙 스트링(90)은, 스풀(300) 상에 코일링될 때, 모든 특정된 재료 특성들 및 용접 시임 품질을 충족하였다.
[0023] 방법(100)은 도 2에서 예시되는 조작들의 순서 또는 수에 제한되는 것이 아니라, 조작들(15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 및/또는 85) 중 하나 이상을 다시 순서를 정하고, 반복하고, 부가하고 그리고/또는 제거하는 것을 포함하는 다른 실시예들을 포함할 수 있다.
[0024] 방법(100)에 의해 성형되는 튜빙 스트링(90)의 특정된 재료 특성들은 튜빙 스트링(90)의 실질적으로 전체 길이에 걸쳐 실질적으로 균일할 수 있으나, 정상적인 공차 범위들 내에서 변경될 수 있다.
[0025] 일 실시예에서, 약 10,000피트 내지 약 30,000피트의 범위 내의 길이를 가지는 튜빙 스트링은 본원에 설명된 방법(100)을 사용하여 성형될 수 있다. 일 실시예에서, 약 1.5인치 내지 약 5.5인치의 범위 내의 외경을 가지는 튜빙 스트링은 본원에 설명된 방법(100)을 사용하여 성형될 수 있다. 일 실시예에서, 약 1인치 내지 약 5인치의 범위 내의 내경을 가지는 튜빙 스트링은 본원에 설명된 방법(100)을 사용하여 성형될 수 있다. 일 실시예에서, 약 1인치 내지 약 5.5인치의 범위 내의 외경 및 내경 중 적어도 하나를 가지는 튜빙 스트링은 본원에 설명된 방법(100)을 사용하여 성형될 수 있다.
[0026] 일 실시예에서, 약 80,000 psi 내지 약 165,000 psi의 범위 내의 항복 강도 가지는 튜빙 스트링은 본원에 설명된 방법(100)을 사용하여 성형될 수 있다. 일 실시예에서, 약 90,000 psi 내지 약 190,000 psi의 범위 내의 인장 강도를 가지는 튜빙 스트링은 본원에 설명된 방법(100)을 사용하여 성형될 수 있다. 일 실시예에서, 약 18 Rockwell HRC 내지 약 40 Rockwell HRC의 범위 내의 경도를 가지는 튜빙 스트링은 본원에 설명된 방법(100)을 사용하여 성형될 수 있다.
[0027] 이전의 실시예들이 예시적인 것이지 제한하는 것이 아니라는 점이 당업자에게 이해될 것이다. 명세서의 판독 및 도면들의 연구시에 당업자에게 명백한 이 실시예들에 대한 모든 수정들, 치환들, 보강들, 동등물들, 및 개선들이 본 개시의 범주 내에 포함되는 것이 의도된다. 따라서, 하기의 첨부된 청구항들이 이러한 모든 수정들, 치환들, 보강들, 동등물들, 및 개선들을 포함할 수 있는 것으로 의도된다.

Claims (22)

  1. 코일링된 튜빙 스트링(coiled tubing string)을 제조하는 방법으로서,
    평탄형 금속 시트(flat metal sheet)를 어큐물레이터(accumulator)로부터 언코일링하는(uncoiling) 단계;
    상기 평탄형 금속 시트의 에지들이 상기 튜브 형태의 길이 방향의 길이를 따라 시임(seam)을 성형하도록 상기 어큐물레이터로부터 튜브 형태로 언코일링되는 상기 평탄형 금속 시트를 구부리는 단계;
    튜빙 스트링을 성형하기 위해 상기 길이 방향의 길이를 따라 성형되는 상기 시임을 용접하는 단계; 및
    상기 튜빙 스트링을 스풀(spool) 상에 코일링하는 단계를 포함하며, 상기 튜빙 스트링은 상기 어큐물레이터로부터 상기 스풀로의 연속 조작시에 특정된 재료 특성들을 충족시키도록 열처리되는,
    코일링된 튜빙 스트링을 제조하는 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 시임은 유도 용접 및/또는 다른 용접 공정들에 의해 함께 용접되는,
    코일링된 튜빙 스트링을 제조하는 방법.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 용접된 시임을 어닐링하는(annealing) 단계를 더 포함하는,
    코일링된 튜빙 스트링을 제조하는 방법.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 용접된 시임을 어닐링하는 단계 후에, 초기 냉각 조작시에 상기 튜빙 스트링을 냉각하는 단계를 더 포함하는,
    코일링된 튜빙 스트링을 제조하는 방법.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 초기 냉각 조작은, 상기 용접된 시임을 어닐링하는 단계 후에, 상기 튜빙 스트링을 공냉하는 단계를 포함하는,
    코일링된 튜빙 스트링을 제조하는 방법.
  6. 제4 항에 있어서,
    상기 초기 냉각 조작은, 상기 용접된 시임을 어닐링하는 단계 후에, 상기 튜빙 스트링을 수냉하는 단계를 포함하는,
    코일링된 튜빙 스트링을 제조하는 방법.
  7. 제4 항에 있어서,
    상기 초기 냉각 조작 후에, 상기 튜빙 스트링의 초기 사이징 조작(sizing operation)을 수행하는 단계를 더 포함하는,
    코일링된 튜빙 스트링을 제조하는 방법.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 초기 사이징 조작 후에, 상기 튜빙 스트링의 초기 검사 및 시험 조작을 수행하는 단계를 더 포함하는,
    코일링된 튜빙 스트링을 제조하는 방법.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 초기 사이징 조작 후에, 열처리 조작시에 상기 튜빙 스트링을 처리하는 단계를 더 포함하는,
    코일링된 튜빙 스트링을 제조하는 방법.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 열처리 조작은 상기 튜빙 스트링을 오스테나이트화하는(austenitizing) 단계를 포함하는,
    코일링된 튜빙 스트링을 제조하는 방법.
  11. 제9 항에 있어서,
    상기 열처리 조작은 상기 튜빙 스트링을 급냉시키는(quenching) 단계를 포함하는,
    코일링된 튜빙 스트링을 제조하는 방법.
  12. 제9 항에 있어서,
    상기 열처리 조작은 상기 튜빙 스트링을 템퍼링하는(tempering) 단계를 포함하는,
    코일링된 튜빙 스트링을 제조하는 방법.
  13. 제9 항에 있어서,
    상기 열처리 조작 후에, 최종 냉각 조작시에 상기 튜빙 스트링을 냉각하는 단계를 더 포함하는,
    코일링된 튜빙 스트링을 제조하는 방법.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 최종 냉각 조작은 상기 튜빙 스트링을 공냉하는 단계를 포함하는,
    코일링된 튜빙 스트링을 제조하는 방법.
  15. 제13 항에 있어서,
    상기 최종 냉각 조작은 상기 튜빙 스트링을 수냉하는 단계를 포함하는,
    코일링된 튜빙 스트링을 제조하는 방법.
  16. 제13 항에 있어서,
    상기 최종 냉각 조작 후에, 상기 튜빙 스트링의 최종 사이징 조작을 수행하는 단계를 더 포함하는,
    코일링된 튜빙 스트링을 제조하는 방법.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 최종 사이징 조작 후에, 상기 튜빙 스트링의 최종 검사 및 시험 조작을 수행하는 단계를 더 포함하는,
    코일링된 튜빙 스트링을 제조하는 방법.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 튜빙 스트링은, 상기 튜빙 스트링의 최종 검사 및 시험 조작을 수행하는 단계 후에, 상기 스풀 상에 코일링되는,
    코일링된 튜빙 스트링을 제조하는 방법.
  19. 제1 항에 있어서,
    상기 특정된 재료 특성들은, 치수, 표면 품질, 진원도(roundness), 항복 강도, 인장 강도, 연신율, 탄성 계수, 인성(toughness), 파괴 인성, 경도, 피로 수명, 피로 강도, 연성, 입자 크기, 내식성, 미세구조, 및 조성 중 적어도 하나를 포함하는,
    코일링된 튜빙 스트링을 제조하는 방법.
  20. 제1 항에 있어서,
    상기 스풀 상에 코일링되는 상기 튜빙 스트링의 상기 특정된 재료 특성들은 상기 튜빙 스트링의 실질적으로 전체 길이에 걸쳐 실질적으로 균일한,
    코일링된 튜빙 스트링을 제조하는 방법.
  21. 제1 항에 있어서,
    상기 스풀 상에 코일링되는 상기 튜빙 스트링의 길이는 약 10,000피트 내지 약 30,000피트의 범위 내에 있는,
    코일링된 튜빙 스트링을 제조하는 방법.
  22. 제1 항의 방법에 의해 성형되는, 코일링된 튜빙 스트링.
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