베릴륨 동 합금의 측정 중 시추(MWD) 시스템에서의 응용

베릴륨 동 합금은 석유 산업에서 널리 사용되며, 비자성 드릴 컬러, 유연 드릴링 컬러, MWD/LWD 측정 장비의 고압 외통, 펄서, 나사형 커넥터, 탄화수소 샘플링 도구, 비자성 드릴 칼럼 등 다양한 부품에 적용됩니다. 중국의 석유 탐사 및 시추 기술 발전과 함께, 국제 첨단 MWD/LWD 무선 측정 기술이 돌파되었으며, 이는 중국이 세계 석유 강국들과 기술적으로 어깨를 나란히 하게 되었음을 의미합니다. 중국산 고강도 등축 결정 베릴륨 동 외통은 최대 140MPa의 외부 압력을 견디며, 용암과 슬러지의 지속적인 마모에도 견딜 수 있어 미국 제품과 동등한 성능을 발휘합니다.

1. MWD 및 RSS 시스템에서의 베릴륨 동 합금 응용

중국해양석유서비스(COSL)의 Drilog MWD 시스템은 여러 기능성 섹션으로 구성되어 있으며, 이들 간의 기계적 및 전기적 연결에 베릴륨 동 합금(C17200)이 사용됩니다. 하드 커넥션과 어댑터 모두 베릴륨 동으로 제작되며, 고신뢰성 연결, 우수한 부식 저항성 및 높은 피로 강도가 요구됩니다.

2. 방향성 드릴링 시스템에서의 응용

방향성 시추 시, 비자성 드릴 로드를 측정 프로브 뒤에 연결하여 비자성 환경을 제공해야 하며, 이를 위해 비자성 재료로 제작된 외통이 필요합니다. 기존 일반 드릴 로드 대신 베릴륨 동 합금을 사용한 비자성 드릴 툴은 다음과 같은 이점을 가집니다:

• 측정 장비에 대한 자기 간섭 제거

• 센서와 비트 사이의 거리 단축으로 측정 정밀도 향상

• 주변 자기장 차단으로 측정 정확성 확보

3. 근비트 측정 장비에서의 응용

정밀한 시추 궤적 제어 및 실시간 층 정보 획득을 위해 근비트 측정 장비가 개발되었습니다. 해당 장치의 배터리 통과 고정부는 베릴륨 동 합금으로 제작되며, QBe2 소재는 기존 비자성 강재(N1310B)보다 높은 토크와 변형 범위를 견딜 수 있고, 변형 감도도 높아 센서 성능이 향상됩니다.

이는 베릴륨 동의 높은 항복 강도와 낮은 탄성계수를 활용한 결과로, 기계적 응력 변화를 크게 하고 전기 증폭계를 줄이며, 전체 시스템의 내간섭 성능을 높이는 효과를 발휘합니다.

4. 실사용 중 발생한 문제

베릴륨 동은 MWD 분야에서 폭넓게 활용되지만, 일부 현장에서는 다음과 같은 문제가 보고되었습니다:

• 사례 1: 晋煤寺河 광산에서 ZYWL-6000DS 장비로 1008m 시추 성공. 그러나 长平 및 汾西 광산에서는 2000m도 도달하지 못하고 베릴륨 동 비자성 드릴 로드가 파손되어 장비 유실.

• 사례 2: 2020년 12월 28일, 중국해양석유 Shenzhen 작업 플랫폼에서 MWD 도구 연결 부위 파단 발생. 하드 커넥터가 피로 균열로 인해 분리되었고, 부품이 내부에 떨어짐.

원인 분석:

• 베릴륨 동은 시효 처리 상태에서 인장 강도는 1000MPa 이상이지만 연신율이 5% 미만으로 낮아져 취성이 증가합니다.

• 복잡한 응력 조건 하에서 쉽게 파단되며, 열처리 부적절, 가공 결함, 표면 처리 오류도 파단 원인이 됩니다.

결론

베릴륨 동 합금은 석유 시추 및 MWD 시스템에서 기존 재료로 대체하기 어려운 탁월한 특성을 가지고 있습니다. 하지만 고성능 재료인 만큼, 그 물성에 대한 충분한 이해와 함께 열처리, 표면처리, 가공 공정에 대한 명확하고 엄격한 표준 수립이 필요합니다. 이를 통해 신뢰할 수 있는 고품질의 베릴륨 동 제품을 확보할 수 있으며, 석유 산업에서의 안정적이고 효율적인 활용이 가능해집니다.