KR101543903B1 - 하이브리드 파이프 제조방법 및 하이브리드 파이프 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 하이브리드 파이프 제조방법은, 파이프몸체와 이종재질의 라이너파이프를 마련하는 소재마련단계; 및 상기 파이프몸체의 내주면에 연결부로서 상기 라이너파이프를 접합시켜, 상기 파이프몸체와 다른 이종재질을 가진 연결부를 형성시키는 연결부형성단계;를 포함한다.
이와 같이, 본 발명은 파이프몸체를 포함한 파이프 전체가 아닌 연결부만이 파이프몸체와 다른 우수한 성질의 이종재질로 이루어지도록 구성됨으로써, 고비용의 우수한 재질이 불필요하게 사용되지 않음에 따라 경제적인 측면에서 비효율적인 비용낭비를 방지할 수 있다.

Description

하이브리드 파이프 제조방법 및 하이브리드 파이프{Method for manufacturing of hybrid pipe and Hybrid pipe}

본 발명은 하이브리드 파이프 제조방법 및 하이브리드 파이프로서, 파이프몸체를 포함한 파이프 전체가 아닌 연결부만이 파이프몸체와 다른 우수한 성질의 이종재질로 이루어지도록 구성되는 하이브리드 파이프 제조방법 및 하이브리드 파이프에 관한 것이다.

육상 또는 해상 유정 시추 심도가 점차 깊어져 이에 적용되는 유정 시추, 생산 파이프는 고온, 고압의 환경에 노출되고 있다.

여기에 사용되는 파이프는 보통 10m 정도의 길이로 제작되며 수 km 이상이 연결되어야 하므로 다수의 연결부가 필요하게 되고 여기에 사용되는 연결부도 고온, 고압 환경뿐만 아니라, 방향 시추 등에 의한 다양한 하중을 견뎌야 한다.

이러한 연결에는 파이프의 한쪽 외측면에 나사산을 사전 가공하고 이에 연결되는 다른 파이프 또는 커플러의 내측면에 나사산을 사전 가공하여 현장에서는 이를 회전체결하여 연결하는 방식이 사용된다.

이러한 파이프들이 적용되는 현장에서 특히 시추 심도가 깊어져 심해에서 고압의 압력과 함께 심해수의 유동에 의해 인장력, 피로하중 등을 받게 됨으로써, 파이프에서 다른 부분에 비하여 구조적으로 취약한 연결부에서 파괴가 발생할 확률이 높다.

이를 방지하기 위해 파이프 전체를 고강도의 재질로 제조할 수 있으나, 그러한 경우 파이프의 연결부에서 고강도의 재질을 원하는 나사라인 부분(커플러의 경우 내측부)만이 아닌 반대 측의 부분(커플러의 경우 외측부)에도 고비용의 고강도 재질이 불필요하게 사용됨으로써, 경제적인 측면에서 비효율적인 비용낭비가 이루어지는 한계점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 파이프몸체를 포함한 파이프 전체가 아닌 연결부만이 파이프몸체와 다른 우수한 성질의 이종재질로 이루어지도록 구성되는 하이브리드 파이프 제조방법 및 하이브리드 파이프를 제공하는 데에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 하이브리드 파이프 제조방법은, 파이프몸체와 이종재질의 라이너파이프를 마련하는 소재마련단계; 및 상기 파이프몸체의 내주면에 연결부로서 상기 라이너파이프를 접합시켜, 상기 파이프몸체와 다른 이종재질을 가진 연결부를 형성시키는 연결부형성단계;를 포함한다.

일 실시예로서, 상기 연결부형성단계는, 상기 파이프몸체를 가열하여 확장시키는 몸체확장공정; 상기 파이프몸체 내에 상기 라이너파이프를 삽입하는 라이너삽입공정; 상기 라이너파이프를 기계적으로 확장시켜 상기 파이프몸체 내주면에 상기 라이너파이프를 접합시키는 라이너접합공정; 및 상기 파이프몸체를 냉각하여 수축시키는 몸체냉각공정;을 구비할 수 있다.

다른 실시예로서, 상기 연결부형성단계는, 금형 내에 상기 파이프몸체를 배치하고, 상기 파이프몸체 내에 상기 라이너파이프를 배치하는 금형내배치공정; 상기 금형이 상기 파이프몸체를 지지하면서 상기 라이너파이프를 기계적으로 확장시켜 상기 파이프몸체 내에 상기 라이너파이프를 접합시키는 라이너접합공정; 및 상기 라이너파이프가 접합된 상기 파이프몸체를 금형 외부로 탈거하는 금형외배치공정;을 구비할 수 있다.

이때, 상기 소재마련단계에서, 상기 파이프몸체와 라이너파이프 각각을 서로 접합 시 체결력을 높이도록, 서로 접합되는 부위에 요철구조를 형성시킬 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 파이프몸체; 및 다른 파이프가 삽입되면서 나사체결되도록 상기 파이프몸체에 형성되는 부분으로서, 상기 파이프몸체와 다른 이종재질로 이루어지는 연결부;를 포함하는 하이브리드 파이프가 제공된다.

여기에서, 상기 연결부는, 상기 파이프몸체보다 고강도, 내마모, 또는 고실링의 이종재질로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 파이프몸체와 연결부의 접합부위는 접합체결력을 높이도록 요철구조일 수 있다.

본 발명에 따른 하이브리드 파이프 제조방법 및 하이브리드 파이프는, 파이프몸체를 포함한 파이프 전체가 아닌 연결부만이 파이프몸체와 다른 우수한 성질의 이종재질로 이루어지도록 구성됨으로써, 고비용의 우수한 재질이 불필요하게 사용되지 않음에 따라 경제적인 측면에서 비효율적인 비용낭비를 방지할 수 있는 효과를 가진다.

도 1은 고온 또는 고압의 환경으로서 유정시추작업에서 활용되는 박스파이프와 핀파이프가 여러 가지 형태로 연결된 것을 나타낸 절개사시도이다.
도 2는 도 1의 박스파이프와 핀파이프에서 탄성한계영역 및 항복강도 초과부위를 나타낸 도면이다.
도 3(a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 파이프를 나타낸 절개사시도이고, 도 3(b)는 도 3(a)의 하이브리드 파이프에 핀파이프가 삽입된 상태에서 탄성한계영역 및 항복강도 초과부위를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 파이프 제조방법을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 하이브리드 파이프 제조방법을 나타낸 도면이다.
도 6은 파이프몸체와 라이너파이프의 서로 접합되는 부위에 요철구조가 형성된 것을 나타낸 도면이다.

본 발명의 하이브리드 파이프 제조방법 및 하이브리드 파이프는, 고비용의 우수한 재질이 불필요하게 사용되지 않음에 따라 경제적인 측면에서 비효율적인 비용낭비를 방지하도록, 파이프몸체를 포함한 파이프 전체가 아닌 연결부만이 파이프몸체와 다른 우수한 성질의 이종재질로 이루어지도록 구성되는 것을 기술적 특징으로 한다.

이하, 본 발명을 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명은 파이프몸체와, 상기 파이프몸체에 형성되는 연결부를 포함한다.

상기 파이프몸체는 관형 부재로서 내부에 유체가 유동하도록 구성되며, 상기 연결부는 이러한 파이프몸체에 형성되는 부분으로서 다른 파이프를 연결 시 연결되도록 연결구조를 지닌다.

여기에서, 상기 연결부는 일 실시예로서 다른 파이프가 삽입되면서 나사체결되도록 나사라인이 형성된 파이프몸체의 내측 또는 외측에 형성되는 부분으로서, 반대 측의 나사라인이 형성되지 않는 부분을 제외한 부분이다.

참고로, 삽입되는 다른 파이프를 '핀파이프'로 지칭하고, 삽입되는 상기 핀파이프를 수용하는 파이프를 '박스파이프'로 지칭하며, 상기 핀파이프의 연결부를 '핀연결부', 상기 박스파이프의 연결부를 '박스연결부'로 지칭하기로 한다. 아울러, 두 개를 파이프가 양단에 삽입체결되는 박스파이프를 '커플러'로 지칭할 수 있다. 이때, 상기 박스연결부는 박스파이프의 내측면에 형성되고, 핀연결부는 핀파이프의 외주면에 형성된다.

여기에서, 본 발명을 설명하기에 앞서 박스파이프와 핀파이프의 연결형태 및 연결시 탄성한계영역(Above Elastic Limit) 및 항복강도 초과부위(Above Yield Strength)에 대하여 먼저 설명하기로 한다.

도 1은 고온 또는 고압의 환경으로서 유정시추작업에서 활용되는 박스파이프와 핀파이프가 여러 가지 형태로 연결된 것을 나타낸 절개사시도이다.

도면을 참조하면, 도 1(a)에서는 두 개의 핀파이프(1)가 커플러 기능을 수행하는 박스파이프(2)에 의해 연결된다. 또한 도 1(b), 도 1(c)에서는 한 개의 핀파이프(2)가 하나의 박스파이프(2')에 의해 연결되는데 이때의 박스파이프(2')는 도 1(a)의 커플러 기능을 수행하는 박스파이프(2)와 일체형으로 이루어진 구조이다.

도 2는 도 1의 박스파이프와 핀파이프에서 탄성한계영역 및 항복강도 초과부위를 나타낸 도면이다.

도면을 참조하면, 도 2(a)는 박스파이프(2)와 핀파이프(1)가 단순히 체결만 된 경우를 나타낸 도면으로서, 탄성한계영역(AEL)이 일정 부분에 형성된다.

구체적으로, 상기 핀파이프(1)가 박스파이프(2)에 나사체결되면서 삽입되는데, 박스파이프(2)의 박스연결부(2a) 끝단의 내경과 핀파이프(1)의 핀연결부(1a) 끝단의 외경이 거의 일치한 상태에서, 박스연결부(2a)가 끝단의 반대 측으로 갈수록 내측으로 경사지고 핀연결부(1a)가 끝단의 반대 측으로 갈수록 외측으로 경사진 구조를 지님으로써, 박스파이프(2)의 내측으로 핀파이프(1)가 깊이 삽입될수록 서로에 대해 압박하게 됨에 따라, 도 2(a)에 도시된 바와 같이 박스연결부(2a)와 핀연결부(1a) 각각의 단부에 탄성한계영역(AEL)이 형성된다.

또한, 박스파이프(2)와 핀파이프(1)에 인장력이 가해지는 경우에는 도 2(b)에 도시된 바와 같이 박스연결부(2a)에는 단부에, 핀연결부(1a)에는 전체적인 부분에 탄성한계영역(AEL)이 형성된다.

아울러, 박스파이프(2)와 핀파이프(1)에 인장력과 함께 압축력도 가해지는 경우에는, 도 2(c)에 도시된 바와 같이 박스연결부(2a)와 핀연결부(1a) 각각의 전체적인 부분에 탄성한계영역(AEL)이 형성된다.

그리고, 도 2(b)에서와 같이 인장력이 가해지는 경우에는 박스연결부(2a)의 나사산에 작게 항복강도 초과부위(AYS)가 형성되고, 도 2(c)에서와 같이 인장력, 압축력이 가해지는 경우에는 박스연결부(2a)의 항복강도 초과부위(AYS)가 상대적으로 더 크게 형성된다.

참고로, 상기 탄성한계영역(AEL)은 탄성영역과 소성영역 사이의 영역으로서, 소성변형되는 영역도 아니고 완전 탄성복귀되는 영역도 아닌 영역을 지칭하며, 상기 항복강도 초과부위(AYS)는 응력집중에 의해 항복강도가 넘어서는 부위로서 손상이 발생되는 부위이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 구체적으로 설명하기로 한다.

도 3(a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 파이프를 나타낸 절개사시도이고, 도 3(b)는 도 3(a)의 하이브리드 파이프에 핀파이프가 삽입된 상태에서 탄성한계영역 및 항복강도 초과부위를 나타낸 도면이다.

도면을 참조하면, 본 발명의 연결부(20)는 다른 파이프가 삽입되면서 나사체결되도록 상기 파이프몸체(10)에 형성되는 부위로서, 전부 또는 일부가 이종재질(30a)로 이루어질 수 있다. 여기에서, 상기 연결부(20)는 전술된 핀연결부일 수 있고, 박스연결부일 수 있으며, 바람직하게는 커플러로 활용되는 박스파이프의 박스연결부이다.

구체적으로, 상기 연결부(20)는 응력집중으로 인하여 항복강도를 넘어가서 손상되는 것을 차단하도록, 파이프몸체(10)보다 고강도의 이종재질(30a)로 이루어질 수 있다.

아울러, 상기 연결부(20)는 도 3에 도시된 바와 같이 일례로서 박스연결부에서 항복강도 초과부위(AYS)가 있는 일정 부분만이 고강도의 이종재질(30a)로 이루어질 수 있고, 나아가 파이프 구조적으로 항복강도 초과부위(AYS)가 있는 부분을 이종재질(30a)로 제조하기 어려운 경우에는 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 파이프몸체(10)에 라이너파이프(30)를 접합하여 연결부(20) 전체를 고강도의 이종재질로 이루어질 수 있다. 참고로 도 3(b)에서는 일례로서 인장력만 작용하는 경우의 탄성한계영역(AEL)을 나타내었다.

결과적으로, 본 발명의 하이브리드 파이프는 파이프몸체(10)를 포함한 파이프 전체가 아닌 연결부(20)만이 파이프몸체(10)와 다른 우수한 성질의 이종재질로 이루어짐으로써, 고비용의 우수한 재질이 불필요하게 사용되지 않음에 따라 경제적인 측면에서 비효율적인 비용낭비를 방지할 수 있다.

이와 더불어, 본 발명의 연결부(20)는 외부의 하중에 의해 마모되거나 내부 액체가 누출되는 경우에 이를 방지하도록, 파이프몸체(10)보다 내마모 또는 고실링의 이종재질로 이루어질 수도 있음은 물론이다.

나아가, 상기 파이프몸체(10)와 연결부(20)의 접합부위는 접합체결력을 높이도록 요철구조를 이룰 수 있는데, 도 6에 도시된 바와 같이 연결부로서 라이너파이프(30)가 접합되는 경우, 파이프몸체(10)와 라이너파이프(30)의 접합부위에 요철구조(B)가 형성되어 특히 인장력에 대한 파이프몸체(10)와 라이너파이프(30)의 접합체결력을 높일 수 있다.

이와 같은 본 발명의 하이브리드 파이프는 두 개의 다른 핀파이프를 연결하는 커플러로서 활용되는 것이 바람직하며, 고온 또는 고압의 환경으로서 유정시추작업에서 파이프연결시 활용되는 것이 바람직하다.

한편, 여기에서 본 발명의 하이브리드 파이프를 제조하는 제조방법에 대해 살펴보기로 한다.

먼저, 파이프몸체와 이종재질의 라이너파이프를 마련하는 소재마련단계가 진행된다.

이어서 파이프몸체의 내주면에 라이너파이프를 접합시키는 연결부형성단계가 진행되는데, 상기 연결부형성단계는 파이프몸체에 이종재질을 가진 연결부를 형성시키는 역할을 수행한다.

이러한 연결부형성단계는 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 구체적으로 두 가지 실시예로 이루어질 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 파이프 제조방법을 나타낸 도면이고, 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 하이브리드 파이프 제조방법을 나타낸 도면이다.

먼저 첫 번째 실시예로서 도 4를 참조하면, 상기 연결부형성단계는 몸체확장공정(S110), 라이너삽입공정(S120), 라이너접합공정(S130), 및 몸체냉각공정(S140)의 순으로 진행될 수 있다.

여기에서, 상기 몸체확장공정(S110)은 파이프몸체(10)를 가열하여 확장시키는 공정이고, 상기 라이너삽입공정(S120)은 가열확장된 파이프몸체(10) 내에 라이너파이프(30)를 삽입하는 공정이다. 이어서 상기 라이너접합공정(S130)은 파이프몸체(10) 내의 라이너파이프(30)를 기계적으로 확장시켜 파이프몸체(10) 내주면에 라이너파이프(30)를 접합시키는 공정이고, 상기 몸체냉각공정(S140)은 파이프몸체(10)를 냉각하여 수축시킴으로써 내주면에 접합된 라이너파이프(30)를 보다 더 견고하게 접합시키는 공정이다.

또한 두 번째 실시예로서 도 5를 참조하면, 상기 연결부형성단계는 금형내배치공정(S210), 라이너접합공정(S220), 및 금형외배치공정(S230)의 순으로 진행될 수 있다.

여기에서, 상기 금형내배치공정(S210)은 금형 내에 파이프몸체(10)를 배치하고, 상기 파이프몸체(10) 내에 라이너파이프(30)를 배치하는 공정이고, 상기 라이너접합공정(S220)은 금형이 파이프몸체(10)를 지지하면서 라이너파이프(30)를 기계적으로 확장시켜 파이프몸체(10) 내에 라이너파이프(30)를 접합시키는 공정이다. 마지막으로 상기 금형외배치공정(S230)은 라이너파이프(30)가 접합된 파이프몸체(10)를 금형 외부로 탈거하는 공정이다.

그리고, 상술된 실시예들인 연결부형성단계 이전의 소재마련단계에서는, 파이프몸체(10)와 라이너파이프(30) 각각을 서로 접합 시 체결력을 높이도록, 도 6에 도시된 바와 같이 서로 접합되는 부위에 요철구조(B)를 형성시킬 수 있다.

결과적으로, 본 발명은 파이프몸체(10)를 포함한 파이프 전체가 아닌 연결부만이 파이프몸체(10)와 다른 우수한 성질의 이종재질로 이루어지도록 구성됨으로써, 고비용의 우수한 재질이 불필요하게 사용되지 않음에 따라 경제적인 측면에서 비효율적인 비용낭비를 방지할 수 있다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형 가능함은 물론이다.

1 : 핀파이프 1a : 핀연결부
2 : 박스파이프 2a : 박스연결부
10 : 파이프몸체 20 : 연결부
30 : 라이너파이프 30a : 이종재질
AEL : 탄성한계영역 AYS : 항복강도 초과부위

Claims (7)

1. 삭제
2. 파이프몸체와 이종재질의 라이너파이프를 마련하는 소재마련단계; 및 상기 파이프몸체의 내주면에 연결부로서 상기 라이너파이프를 접합시켜, 상기 파이프몸체와 다른 이종재질을 가진 연결부를 형성시키는 연결부형성단계;를 포함하며,
   상기 연결부형성단계는, 상기 파이프몸체를 가열하여 확장시키는 몸체확장공정; 상기 파이프몸체 내에 상기 라이너파이프를 삽입하는 라이너삽입공정; 상기 라이너파이프를 기계적으로 확장시켜 상기 파이프몸체 내주면에 상기 라이너파이프를 접합시키는 라이너접합공정; 및 상기 파이프몸체를 냉각하여 수축시키는 몸체냉각공정;을 구비하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 파이프 제조방법.
   
3. 파이프몸체와 이종재질의 라이너파이프를 마련하는 소재마련단계; 및 상기 파이프몸체의 내주면에 연결부로서 상기 라이너파이프를 접합시켜, 상기 파이프몸체와 다른 이종재질을 가진 연결부를 형성시키는 연결부형성단계;를 포함하며,
   상기 연결부형성단계는, 금형 내에 상기 파이프몸체를 배치하고, 상기 파이프몸체 내에 상기 라이너파이프를 배치하는 금형내배치공정; 상기 금형이 상기 파이프몸체를 지지하면서 상기 라이너파이프를 기계적으로 확장시켜 상기 파이프몸체 내에 상기 라이너파이프를 접합시키는 라이너접합공정; 및 상기 라이너파이프가 접합된 상기 파이프몸체를 금형 외부로 탈거하는 금형외배치공정;을 구비하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 파이프 제조방법.
   
4. 파이프몸체와 이종재질의 라이너파이프를 마련하는 소재마련단계; 및 상기 파이프몸체의 내주면에 연결부로서 상기 라이너파이프를 접합시켜, 상기 파이프몸체와 다른 이종재질을 가진 연결부를 형성시키는 연결부형성단계;를 포함하며,
   상기 소재마련단계에서, 상기 파이프몸체와 라이너파이프 각각을 서로 접합 시 체결력을 높이도록, 서로 접합되는 부위에 요철구조를 형성시키는 것을 특징으로 하는 하이브리드 파이프 제조방법.
   
5. 삭제
6. 파이프몸체; 및 다른 파이프가 삽입되면서 나사체결되도록 상기 파이프몸체에 형성되는 부분으로서, 상기 파이프몸체와 다른 이종재질로 이루어지는 연결부;를 포함하며,
   상기 연결부는, 상기 파이프몸체보다 고강도, 내마모, 또는 고실링의 이종재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 하이브리드 파이프.
   
7. 파이프몸체; 및 다른 파이프가 삽입되면서 나사체결되도록 상기 파이프몸체에 형성되는 부분으로서, 상기 파이프몸체와 다른 이종재질로 이루어지는 연결부;를 포함하며,
   상기 파이프몸체와 연결부의 접합부위는 접합체결력을 높이도록 요철구조인 것을 특징으로 하는 하이브리드 파이프.
   

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