「ツバメ」鋼！石油とガス田は大きな需要がある

地球上の誰もが、地殻に蓄えられた石油や天然ガスを採掘するには、非常に深い穴を掘削し、数百メートル、あるいは数千メートルの厚さの岩層を貫通して、人々の食料、衣服、住居、交通に欠かせない宝物を入手する必要があることを知っています。さて、石油や天然ガスは高品質の鋼管を犠牲にして生産されていることをご存知ですか?井戸建設の一般的なプロセスを簡単に説明すれば、これが誤りではないことがわかります。

陸上での石油掘削を例に挙げてみましょう。巨大な掘削装置や掘削ツールは言うまでもなく、油層に達する坑井は鋼鉄を「飲み込む」ほどの大きな穴です。硬軟の差がある坑井壁の崩壊を防ぐためには、まず圧縮性、引張性、耐腐食性に優れたシームレス鋼管を油層やガス層に達する坑井内に降ろし、閉塞しないようにする必要があります。つまり、坑井が深くなるほど鋼管は長くなり、上から下までの直径は太いものから細いものへと変化し、管壁も厚いものから薄いものへと変化する必要があります。掘削作業中の噴出事故を防止するため、安全確保のため複数の鋼管が必要となる場合があります。セメントで井戸の中に永久的に密封されたこの種のパイプはケーシングと呼ばれます。

国内の石油・ガス田向けケーシングは、米国石油技術者協会が定める API 規格に従って製造されており、いくつかの鋼種に分かれています。一般的に使用されている通常のJ-55ケーシングには薄緑色のリングマークが付いており、強度レベルが高いN-80ケーシングには赤色のリングマークが付いています。公称直径 140 mm、壁厚 7 ～ 10 mm、ねじ式カップリング付き 10 メートル長のケーシングの理論的な質量計算によると、深さ 1 km まで井戸を掘削するために必要なケーシングの累積質量は少なくとも 30 トンになります。これまで我が国で発見された油田やガス田のうち、埋没深度が1,000メートル以内のものは多くありません。ほとんどの場合、石油やガスを採掘するには、深さ1,500～2,500メートルの中深井戸を掘削する必要があります。新疆のタリム盆地のガス井の深さは8,000メートルに達した。深井戸の「欲求」を満たすには、少なくとも数十から数百トンのケーシングが必要であると考えられます。

坑井が建設され、ケーシングで保護されると、石油やガスの生産に直接使用することはできません。地層から染み出る石油とガスの流れを地上に導くためには、さまざまな坑内ツールを搭載したライナーをケーシング内に降ろし、石油とガスの生産量を人工的に制御して適切な範囲に保つ必要があります。このライナーはケーシングの内径よりも小さく、固定されておらず、メンテナンス用に持ち運んだダウンホールツールを交換するためにいつでも取り外すことができます。石油やガスの生産のための通路であるため、業界では石油パイプと呼ばれています。通常、油やガスを坑井から流出させる唯一の方法として、外径 73 mm の継ぎ目なし鋼管とねじ接続部が、公称径 140 mm のケーシング内に吊り下げられています。国内の石油・ガス田向け特殊油管も国際的に認められたAPI規格に準拠して製造されています。長さ8メートルごとにねじ継手1個の理論的な質量計算によれば、約1キロメートルの深さまで下げられた石油パイプの累積質量は約9トンになります。坑井が特に深い場合、ケーシングの内径が許せば、より大きな直径と厚さを持つ高強度の油管を吊り下げることもできます。井戸の深さは管体と接続ねじの強度によって決まり、最大限度は約50トンに達します。

保護ケースと吊り下げチューブを使用すると、純粋なガス井を生産することができます。しかし、油井の場合はそうではありません。油井は、長期間にわたって自然エネルギーを消費して自噴によって石油を生産することはできないからです。油の流れが自力で地面まで上昇できない場合は、揚力を提供する機械を設置し、ロッド付きまたはロッドなしの 2 種類の深井戸ポンプを油管に降ろす必要があります。最も一般的な油田設備は、油井に設置される往復ポンプ装置であるロッドポンプです。細い鋼棒を吊り下げて、水面下に沈めた深井戸ポンプを駆動し、汲み上げて作業を行います。このようなネジで接続された棒状の掘削工具は、サッカーロッドと呼ばれます。直径は16〜25mmで、カップリングの最大外径は36mmを超えないため、内径62mmの油管内で自由に上下に移動できます。ポンプ吊り下げ深度900メートル、サッキングロッドの公称直径22mm、接続内径44mmのチューブラーポンプを例にとると、井戸内に降ろされる累積質量は約3トンになります。地上に設置されたオイルポンプの重量約10トンを加えると、この機械式リフトシステムの総質量は少なくとも15トンになります。

上記は、石油およびガス井を建設するために必要な基本的な鋼鉄の量にすぎません。年間生産量100万トンの中規模油田やガス田を建設する場合、数百の生産井を掘削する必要があることがよくあります。年間数千万トンの産出量を誇る大規模な石油・ガス田では、深さの異なる数万本の生産井を掘削する必要があります。石油、ガス、水を輸送するために地面に水平に敷設されたさまざまなパイプラインを除いて、地面に垂直に掘削された目に見えないパイプと棒の総数は驚異的な数になります。周知のとおり、フランス人は高さ 324 メートルのエッフェル塔を建設するためにわずか 7,000 トンの鋼鉄しか使用しませんでした。中規模の油田やガス田の地下に埋設されているパイプ、棒、機械、ポンプなどに使用されている鋼鉄をすべて合計すると、数十、あるいは数百のエッフェル塔を建てるのに十分な量になります。そのため、油田やガス田は大量の鉄を食い尽くすモンスターであると言っても過言ではありません。大量の鉄鋼が地中に埋もれており目に見えないため、真実を知らない人は、油田やガス田の開発は単に油井を垂直に掘削し、パイプラインを水平に敷設するだけだと錯覚しがちです。彼らは、それぞれの生産井が数十トン、あるいは数百トンもの鋼鉄で作られた石油とガスの流路であることを知らない。この複雑なパズルを解くことによってのみ、石油・ガス田に関する包括的な理解を得ることができます。

著者: ゴン・ケ