JP2002349177A - 埋設拡管用鋼管および油井用鋼管の埋設方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】抗井に挿入された状態で拡管しても圧潰強度の
低下の小さく、曲がりの小さい鋼管、およびその鋼管を
用いる油井管の埋設方法を提供する。 【解決手段】 (1)油田等の抗井内に挿入された状態で拡
管される鋼管であって、拡管前の偏肉率E0(%)が下記の
式を満たすことを特徴とする鋼管。 E0≦30／(1＋0.018α) ・・・ ただし、αは下記の式で算出される拡管率(%)であ
る。 α＝［(拡管後の管の内径−拡管前の管の内径)／拡管前の管の内径］×100・・ ・ (2)抗井内に挿入された状態で拡管される鋼管であっ
て、偏芯偏肉率が10％以下であることを特徴とする鋼
管。 (3)上記(1)または(2)の鋼管を使用する油井管の埋設拡
管方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、油井戸またはガス
井戸（以下、これらを総称して単に油井という）内に埋
設される鋼管、およびその鋼管を油井管として埋設する
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】油井管を地表から地下の油田まで埋設す
る場合、先ず掘削して所定の深さの抗井を設けてその中
にケーシングと呼ばれる油井管を埋設し、抗井の壁の崩
落を防止する。その後、ケーシングの先端からさらに地
下を掘削してより深い抗井として、先に埋設したケーシ
ング内を通して新たなケーシングが埋設される。このよ
うな作業を繰り返して最終的に油田に到達する油井管
（チュービング）が埋設される。

【０００３】図1は、従来の油井管の埋設方法を説明す
るための図である。従来、油井管を埋設するには、図1
に示すように先ずケーシング1aの直径より大径の抗井を
地表6から深さH1まで掘削し、ケーシング1aを埋設し、
次いでケーシング1aの先端部の地下を深さH2まで掘削し
てケーシング1bを埋設する。このようにして、ケーシン
グ1c、1dを埋設し、最後に油やガスを通す油井管（チュ
ービング）2を埋設する。

【０００４】この場合、油やガスを通す油井管2の径が
定められているので、油井の深さに比例して直径の異な
る多種類のケーシングが必要になる。それは、先に埋設
されたケーシングの後に埋設される同心円状のケーシン
グを挿入する際、鋼管の曲がり等の形状不良を考慮し、
先に埋設したケーシングの内径と次に埋設するケーシン
グの外径との間にある程度のクリアランスCが必要にな
るからである。従って、深い井戸を掘削して油井管を埋
設するには、抗井の径方向における掘削面積を広くしな
ければならず、掘削に要する費用が嵩むことになる。

【０００５】近年、油井の掘削費を低減するために、油
井管を地中に埋設した後、その内径を一様に拡大させる
拡管方法が提案されている（特表平7-507610号公報）。
また、W098/00626号国際公開公報には、ネッキングや延
性破壊を起こすことなく歪硬化を生ずる可鍛性の鋼種か
らなる鋼管を、先に埋設されたケーシング内に挿入し、
非金属材料からなるテーパ面を有するマンドレルを用い
てケーシングを拡管する方法が開示されている。

【０００６】図2は、拡管による埋設方法を説明するた
めの図である。この埋設方法では、図2に示すように、
掘削した抗井に鋼管1を埋設し、次いで鋼管1の先端を掘
削して抗井を深くし、埋設した鋼管1内に鋼管3を挿入す
る。次いで鋼管3内に挿入した工具4を、例えば鋼管3の
下部からの油圧により上昇せしめて拡管する。この作業
を順次繰り返し、最終的に油やガスを汲み上げる鋼管
（チュービング）2が埋設される。

【０００７】図3は、拡管法によりチュービング2が埋設
された状態を示す図である。この拡管埋設方法を採用す
ることにより、図3に示すように、鋼管同士のクリアラ
ンスを埋設後に小さくすることができるので掘削面積を
少なくすることができ、掘削費を大幅に縮減できる。

【０００８】しかし、上記の拡管法には下記のような問
題点がある。一つは、埋設して拡管された鋼管は、地中
の外圧に対する耐コラプス性能、すなわち圧潰強度が著
しく低下するということである。もう一つは、拡管した
鋼管に曲がりが生じることである。

【０００９】鋼管には偏肉がほぼ不可避的に存在する。
偏肉とは、管の横断面における肉厚の不均一である。偏
肉のある鋼管を拡管すると、薄肉部は厚肉部よりも加工
率が大きくなって偏肉率が拡大する。これが圧潰強度の
低下をまねくのである。また、拡管加工によって厚肉部
と薄肉部では周方向の拡大量に差が生じ、これが長さ方
向の収縮量の差になるため、鋼管が曲がる。ケーシング
やチュービングに曲がりが生じると鋼管同士の接合部で
あるネジ部に不均一な応力がかかり、ガスが漏洩する。

【００１０】上記の理由から、埋設拡管法という新しい
技術を導入する場合、拡管しても圧潰強度が低下せず、
曲がりの小さい鋼管が要求される。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明の第１の目的
は、抗井に挿入された状態で拡管しても圧潰強度の低下
の小さい鋼管を提供することにある。より具体的には、
拡管後の油井管の実測圧潰強度(C1)が、偏肉のない管の
拡管後の圧潰強度(C0)を1としたとき、0.8以上となるよ
うな、即ち、C1/C0≧0.8となるような鋼管を提供するこ
とにある。

【００１２】本発明の第２の目的は、抗井に挿入された
状態で拡管しても曲がりの小さい鋼管を提供することに
ある。

【００１３】本発明の第３の目的は、上記の鋼管を用い
る油井管の埋設方法を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、鋼管を埋
設して拡管した場合に圧潰強度が低下する原因および曲
がりが生じる原因を調査した結果、以下の知見を得た。

【００１５】a) 偏肉のある鋼管を拡管すると、偏肉が
一層拡大する。この偏肉の拡大が圧潰強度の低下の原因
となる。この理由は、拡管により管周方向に材料が引っ
張られることにより減肉化が生じ、薄肉部がさらに薄く
なることにある。

【００１６】b) 拡管前の偏肉率E0が下記の式を満足
する鋼管であれば、拡管後の圧潰強度の低下は問題とな
らない。

【００１７】E0≦30／(1＋0.018α) ・・・ この式のαは管の拡管率(%)で、下記の式で計算さ
れる。 α= ［（拡管後の管の内径−拡管前の管の内径)／拡管前の管の内径］×100・・ ・ E0は拡管前の偏肉率(%)で下記の式で計算される。

【００１８】 E0 = ［（拡管前の管の最大肉厚-拡管前の管の最小肉厚)／拡管前の管の 平 均肉厚］×100 ・・・ なお、拡管後の偏肉率E1(%)は、下記の式で計算され
る。

【００１９】 E1 =［（拡管後の管の最大肉厚-拡管後の管の最小肉厚)／拡管後の管の平 均肉厚］×100 ・・・ c) 拡管加工を行うと、元々存在していた管の偏肉によ
り、鋼管に曲がりが生じる。拡管により管が周方向に引
っ張られると薄肉部は厚肉部よりも周方向により大きく
伸び、そのために長さが厚肉部よりも大きく減少する。
これが、管の曲がりが発生する原因である。この拡管に
よる管の曲がりを小さくするためには、管の単純な偏肉
率ではなく、後述する偏芯偏肉を小さくすることが重要
である。

【００２０】本発明は、上記の知見に基づいてなされた
もので、その要旨は下記(1)および(2)の鋼管、ならびに
(3)の鋼管の埋設方法にある。

【００２１】(1) 抗井内に挿入された状態で拡管される
鋼管であって、拡管前の偏肉率E0（%）が下記の式を
満たすことを特徴とする鋼管。 E0≦30／(1＋0.018α) ・・・ ただし、αは前記の式で算出される拡管率(%)であ
る。

【００２２】(2) 抗井内に挿入された状態で拡管される
鋼管であって、偏芯偏肉率が10％以下であることを特徴
とする鋼管。

【００２３】上記(1)または(2)の鋼管は、下記(a)、(b)
または(c)の化学組成の鋼管であることが望ましい。以
下、成分含有量に関する％は質量％である。

【００２４】(a) C：0.1〜0.45%、Si：0.1〜1.5%、Mn：
0.1〜3%、P：0.03%以下、S：0.01%以下、sol.Al：0.05%
以下、N：0.01%以下、Ca：0〜0.005％、残部がFeおよび
不純物からなる鋼管。

【００２５】(b) C：0.1〜0.45%、Si：0.1〜1.5%、Mn：
0.1〜3%、P：0.03%以下、S：0.01%以下、sol.Al：0.05%
以下、N：0.01%以下、Ca：0〜0.005％、ならびにCr：0.
2〜1.5%、Mo：0.1〜0.8%およびV：0.005〜0.2%のうちの
1種または2種以上、残部がFeおよび不純物からなる鋼
管。

【００２６】(c) Feの一部に代えて、Ti：0.005〜0.05%
およびNb：0.005〜0.1%の一方または両方を含有する上
記(a)または(b)の鋼管。

【００２７】(3) 掘削した抗井内に鋼管を埋設し、埋設
した鋼管の先端部の地下をさらに掘削し抗井を深くし、
埋設した鋼管内にその内径よりも小さい外径の鋼管を挿
入して深くした抗井内に埋設し、その鋼管を管内に挿入
した工具により拡管して直径を大きくし、さらに拡管し
た鋼管の先端部の地下を掘削して抗井をより深くし、拡
管した鋼管内にその内径よりも小さい外径の鋼管を挿入
してより深くした抗井に埋設して拡管することを繰り返
し行い、順次より直径の小さい鋼管を埋設する方法にお
いて、拡管する鋼管として、上記(1)または(2)の鋼管を
用いる油井用鋼管の埋設方法。

【００２８】１．圧潰強度の低下防止 図7は、偏肉率を説明するための図で、図7の(a)は油井
管の側面図、図7の(b)は横断面図である。図7の(a)およ
び(b)に示すように、管の長手方向の或る位置の横断面
を22.5度の間隔で16等分し、各位置における管の肉厚を
超音波法等により測定する。その測定結果から、その横
断面の最大肉厚、最小肉厚および平均肉厚をそれぞれ求
め、下記の式によって偏肉率(%)を算出する。

【００２９】 偏肉率（％）= ［（最大肉厚−最小肉厚）／平均肉厚］×100 ・・・ 前記のE0およびE1はそれぞれ拡管前の鋼管および拡管後
の鋼管について式によって求めた拡管率である。図７
の(a)に示すように、１本の管の管端から長手方向に500
mm間隔で10ケ所の横断面について上記の偏肉率を求め、
その中の最大の偏肉率をその管の偏肉率とする。

【００３０】前記の式は、以下に示す実験により求め
たものである。

【００３１】質量%で、C：0.24%、Si：0.31%、Mn：1.35
%、P：0.011%以下、S：0.003%、sol.Al：0.035%以下、
N：0.006%を含有し、残部がFeおよび不純物からなる化
学組成を有し、外径139.7mm、肉厚10.5mm、長さ10mの継
目無鋼管（API-L80グレード相当品）を用いて拡管試験
を行った。

【００３２】各油井管を試験機によるプラグ引き抜きに
より拡管した。拡管率は素管内径の拡大率にして10％、
20％および30%の3種とした。

【００３３】拡管前および拡管後に超音波測定器（US
T）によって管の肉厚分布を測定し、測定した肉厚から
偏肉率を求めた。次いで、拡管加工後の油井管の圧潰強
度を測定した。圧潰強度（PSI）は、API規格のRP37に準
じて測定した。

【００３４】図5は、拡管前の偏肉率と拡管後の偏肉率
の関係を示す。図5から拡管前の管の偏肉率よりも拡管
後の偏肉率の方が大きいことが分かる。また、拡管後の
管の偏肉率は拡管前の管の偏肉率に対してほぼ比例関係
にあり、その比例係数は拡管率によって異なることが分
かる。各拡管率におけるE1とE0の関係（図5中の実線）
を一つの式で表すと、下記の式となる。

【００３５】E1 =（1＋0.018α）E0 ・・・ ただし、E0は拡管前の管の偏肉率(%)、E1は拡管後の管
の偏肉率(%)、αは管の拡管率(%)である。この式によ
り拡管後の管の偏肉率は拡管前に予測することができ
る。

【００３６】図6に上記の試験によって得られた「実測
圧潰強度／計算で求めた拡管後の偏肉のない管の圧潰強
度」と、拡管後の偏肉率との関係を示す。計算で求めた
拡管後の偏肉のない管の圧潰強度（C0）とは、次の式
により求めた計算値である。 CO＝2σy［｛(D/t)-1)｝／(D/t)^２］［1+｛1.47／(D/t)-1｝］ ・・・ 式のσyは管の周方向降伏強度（単位：MPa）、Dは拡
管後の管の外径（単位：mm）、tは拡管後の管の肉厚
（単位mm）である。なお、式については、塑性と加
工、第30巻、第338号(1989)、第385〜390頁に説明され
ている。

【００３７】図6から明らかなように、拡管率が10％お
よび20％の場合、拡管後の管の偏肉率が30%以上になる
と、圧潰強度は著しく低下し、偏肉のない管の圧潰強度
に比して2割以上低下する。また、拡管率が30%の場合、
拡管後の偏肉率が25%以上になると、圧潰強度は偏肉の
ない鋼管の圧潰強度に比して2割以上低下する。

【００３８】上記のように圧潰強度が低下する理由は、
拡管により大きくなった偏肉率が25〜30%を超えると、
管の真円度も著しく悪くなり、この偏肉と真円度悪化の
相乗効果が圧潰強度に悪影響を与えることにある。 ま
た30%以上という高拡管率で拡管を行った場合は、拡管
後の偏肉率が10%を超えると、圧潰強度の低下が大きく
なる。しかし、「実測圧潰強度／偏肉のない管の圧潰強
度」を0.80以上に保つには、拡管後の偏肉率を30%以下
にすればよい。

【００３９】前記のとおり、拡管後の管の偏肉率E1は式
で予測することができる。従って、このE1 を30％以
下にする条件は、下記の式を満たすことである。

【００４０】E1=（1＋0.018α）E0≦30 ・・・ 上記の式から、次の式が得られる。

【００４１】E0≦30／（1＋0.018α） ・・・ 図６から明らかなように、E1の値は小さいほど望まし
い。従って、E0は、下記の式-1を満たすのが好まし
く、下記の式-2を満たすのがさらに好ましい。 E0≦25／（1＋0.018α） ・・・-1 E0≦10／（1＋0.018α） ・・・-2 ２．拡管による管の曲がりの防止 鋼管の偏肉と拡管後の曲がりの関係を詳細に調査するた
め、拡管前の鋼管の偏肉の形態に着目した。鋼管は、様
々な工程で製造されるものであるため、それぞれの工程
で種々の偏肉が生じる。図８の(b)に例示するように、3
60度周期の偏肉（１次偏肉という）以外にも180度周期
の偏肉（２次偏肉という)、120度周期の偏肉（３次偏肉
という)、90度周期の偏肉(４次偏肉という)、および60
度周期の偏肉(６次偏肉という)の偏肉がある。これらの
偏肉は、正弦波の関数で数式的に表すことができる。

【００４２】図８の(a)に示すように、鋼管の実際の断
面形状は上記の種々の偏肉が重なってものである。即
ち、鋼管の実際の偏肉は、正弦波で表される各次元の偏
肉を足し合わせたものである。従って、例えばｋ次の偏
肉量を取り出すには、管断面の肉厚を一定間隔で測定し
て、その肉厚プロファイルを下記の式に従ってフーリ
エ変換すればよい。ここでｋ次偏肉量は、ｋ次偏肉成分
における最大肉厚とｋ次偏肉成分における最小肉厚の差
と定義する。

【００４３】

【数１】 ここでNは管断面の肉厚測定点数、WT(i)は測定された肉
厚プロフィールで、i＝1,2,・・・,N である。

【００４４】後述の[実施例２］で説明するように、鋼
管の偏肉率と拡管によって生じる曲がりとの関係を調べ
た。そのとき、拡管前の鋼管の偏肉をそれぞれの次元の
偏肉に分離して、それぞれの偏肉率が拡管後の曲がりに
及ぼす影響を確認した。その結果、図９、10および11に
示すような関係が確認された。これらの図は、拡管前の
鋼管の偏芯偏肉率と拡管後の鋼管の「1／曲率半径」で
表した曲がり量との関係を示している。図10と図11から
明らかなように、鋼管に元々存在していた偏肉の中でも
２次以上の偏肉は拡管による鋼管の曲がりに及ぼす影響
が小さい。一方、図９に示すように、図８の(b)に示し
た偏芯偏肉、即ち、１次偏肉が最も拡管加工後の曲がり
を助長する。

【００４５】鋼管の偏芯偏肉（１次偏肉）は、鋼管の製
造工程において、例えば穿孔機などでの圧延における穿
孔工具であるプラグが円柱形鋳片の中心からはずれた位
置に当てられて穿孔が行われたとき生じる。即ち、偏芯
偏肉は、薄肉部と厚肉部がそれぞれ360度周期で存在す
るような偏肉である。従って、偏芯偏肉率（％）は次の
式(10)で定義できる。

【００４６】 偏芯偏肉率＝｛(偏芯偏肉成分における最大肉厚−偏芯偏肉成分における最 小肉厚)／平均肉厚｝×100 ・・・(10) 図９に示すように、偏芯偏肉率が大きければ大きいほど
「1／曲率半径」が大きくなる。即ち、曲がりが大きく
なる。油井管として使用する場合、ネジ部の信頼性を確
保するために「1／曲率半径」は0.00015以下であること
が必要であり、0.0001以下が好ましく、0.00005以下が
さらに好ましい。図９から、拡管前の鋼管の偏芯偏肉率
として10％以下、好ましくは８％以下、さらに好ましく
は５％以下であれば、30％の拡管率で拡管しても油井管
として使用できることがわかる。

【００４７】以上、本発明の鋼管について、偏肉率と偏
芯偏肉率とに分けて説明した。偏肉率は図８の(a)に示
すような実際の管横断面の最大肉厚と最小肉厚とから求
められる。一方、偏芯偏肉は図８の(b)に示す一次偏肉
の偏肉率である。従って、偏肉率が前記の式を満たす
ことと、偏芯偏肉率が10％以下であることのいずれか一
方を満たすだけでもよい。しかし、その両方を満たせ
ば、拡管後の鋼管は、圧潰強度が高く、しかも曲がりの
少ないものとなる。

【００４８】３．鋼管の埋設方法 本発明の埋設方法は、これまでに述べた本発明の鋼管を
用いて行うことを特徴とする。具体的には、下記の手順
による埋設方法である。

【００４９】1) 掘削した抗井内に鋼管を埋設し、埋設
した鋼管の先端部の地下をさらに掘削し抗井を深くし、
埋設した鋼管内にその内径よりも小さい外径の第２の鋼
管を挿入して深くした抗井内に埋設する。

【００５０】2) 第２の鋼管を管内に挿入した工具によ
り拡管して直径を大きくし、この拡管した第２の鋼管の
先端部の地下をさらに掘削して抗井をより深くし、拡管
した第２の鋼管内にその内径よりも小さい外径の第３の
鋼管を挿入してより深くした抗井に埋設して拡管する。

【００５１】3) 上記の埋設と拡管を繰り返し行い、順
次より直径の小さい油井管を埋設する。

【００５２】このとき、拡管する鋼管として前記の本発
明の鋼管を用いるのである。拡管加工の方法としては、
プラグやテーパ付きマンドレルを液圧による引き上げた
り、機械的に引き抜いたりする種々の方法が選択でき
る。

【００５３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て詳細に説明する。

【００５４】本発明方法において、埋設した鋼管内に、
その埋設管の内径よりも小さい外径の鋼管を挿入して拡
管するのは、前記のとおり、先に埋設した鋼管と後に埋
設した鋼管との隙間を小さくすることにより油井管を埋
設するための掘削面積を小さくするためである。

【００５５】拡管して鋼管の直径を大きくする手段は特
に限定されるものでないが、最も好ましいのは図2に示
したように管内にテーパを設けた工具（プラグ）を挿入
し、油井管の下端から油を注入して圧力を負荷し、油圧
により工具を押し上げて拡管加工する手段である。その
他、機械的に工具を引き抜く手段も用いることができ
る。

【００５６】このとき、拡管する油井管として本発明の
鋼管を使用することが重要である。そうすることによっ
て、拡管後の鋼管の圧潰強度の低下と曲がりが抑えられ
るのである。

【００５７】鋼管の拡管は、ケーシングとなる鋼管のす
べてにおいて行う必要はない。１サイズまたは２サイズ
のケーシング用鋼管だけを拡管しても油田掘削面積を減
らす効果はある。すべてのサイズの鋼管を拡管するには
多種類の拡管用工具の準備と拡管作業の増大を要するか
ら、これらの所要コストを考慮して拡管すべき鋼管を限
定すればよい。

【００５８】本発明の鋼管は、新規の油田開発のときだ
けでなく、既存の油田の補修にも使用できる。即ち、ケ
ーシングの一部が破損または腐食した場合、そのケーシ
ングを抜き取り、代わりの鋼管を挿入して拡管すること
により補修ができる。

【００５９】本発明の鋼管は、鋼板の突き合わせ部分を
溶接した電縫鋼管（ERW鋼管）でもよく、ビレットから
製造されたシームレス鋼管であってもよい。製管した
後、焼入れ、焼戻し等の熱処理、冷間抽伸などの形状矯
正を施したものでもよい。化学組成にも何ら制約はな
い。例えば、C-Mn鋼やCr-Mo鋼のいうな低合金鋼、13Cr
鋼、高Ni鋼のようなフェライト系、マルテンサイト系、
２相系およびオーステナイト系のステンレス鋼等であっ
てもよい。

【００６０】先に示した(a)、(b)および(c)の鋼管は、
望ましい鋼管の代表例である。以下、この望ましい鋼管
の各成分の作用効果と含有量について説明する。

【００６１】C：Cは、鋼の強度を確保し、また十分な焼
入れ性を得るために必要な元素である。これらの効果を
得るためには、含有量を0.1%以上とするのが好ましい。
含有量が0.1%未満では、必要とされる強度を得るために
は低温で焼戻しする必要が生じ、硫化物応力腐食割れ
（以下SSCと記す）の感受性が大きくなるので好ましく
ない。一方、Cの含有量が0.45%を超えると、焼入れ時の
焼割れ感受性が増大し、また靭性も劣化する。従って、
C含有量は0.1〜0.45%とするのが好ましい。より好まし
い範囲は、0.15〜0.3%である。

【００６２】Si：Siは、鋼の脱酸剤としての効果およ
び、焼戻し軟化抵抗を高めて強度を上昇させる効果を有
する。その含有量が0.1%未満ではこれらの効果が十分に
得られない。一方、Siの含有量が1.5%を超えると鋼の熱
間加工性が著しく劣化する。従って、Si含有量は0.1〜
1.5%とするのが好ましい。より好ましい範囲は、0.2〜1
%である。

【００６３】Mn：Mnは、鋼の焼入れ性を増して鋼管の強
度を確保するのに有効な元素である。含有量が0.1%未満
ではその効果が十分得られず、強度および靭性がともに
低下する。一方、Mnの含有量が3%を超えるとその偏析が
多くなって靭性を低下させる。従って、Mn含有量の範囲
は0.1〜3%とするのが好ましい。より好ましい範囲は、
0.3〜1.5%である。

【００６４】P：Pは、鋼中に不純物として含まれる元素
であり、その含有量が0.03%を超えると粒界に偏析して
靭性を低下させるので、P含有量は0.03%以下とするのが
好ましい。含有量は少なければ少ないほどよく、より好
ましいのは0.015%以下である S：Sは、鋼中に不純物として含まれる元素である。Mnや
Caなどの元素と硫化物系の介在物を形成し、靭性を劣化
させるので、その含有量は少なければ少ないほどよい。
含有量が0.01%を超えると靭性の劣化が著しくなるか
ら、0.01%以下とするのが好ましい。より好ましいの
は、0.005%以下である。

【００６５】sol.Al：Alは、鋼の脱酸剤として使用され
る元素である。sol.Al含有量が0.05%を超えると脱酸効
果が飽和するばかりでなく、鋼の靭性の低下を招く。従
って、sol.Alの含有量は0.05%以下とするのが好まし
い。sol.Alは、実質的に含有されていなくてもよいが、
上記の効果を十分に得るためには、含有量は0.01%以上
とすることが好ましい。

【００６６】N：Nは、鋼中に不純物として含まれる元素
であり、AlやTiなどの元素と窒化物を形成する。特に、
AlNやTiNが多量に析出すると鋼の靭性が劣化する。そこ
で、N含有量は0.01%以下とするのが好ましい。N含有量
は、少なければ少ないほどよく、より好ましいのは、0.
008%以下である。

【００６７】Ca：Caは必要により含有させる元素で、硫
化物の形態を変えて靭性を向上させるのに有効である。
従って、特に鋼管の靱性を重視する場合に含有させるの
がよい。この効果を十分に得るには0.001%以上を含有さ
せるのがよい。一方、Ca含有量が0.005%を超えると、介
在物が多量に生成し、孔食の起点となるなど耐食性の面
で悪影響が現れる。従って、含有させる場合のCa含有量
の範囲は0.001〜0.005%とするのがよい。より好ましい
範囲は、0.002〜0.004%である。

【００６８】上記の化学組成を有する油井管において、
さらに強度を高めたい場合にはCr、MoおよびVのうちの1
種以上を含有させるのがよい。また、高温域における結
晶粒の粗大化を防止して靭性を確保するためにはTiおよ
びNbの1種以上含有させるのがよい。以下、各元素の好
ましい範囲について説明する。

【００６９】Cr、MoおよびVの1種以上:これらの元素
は、適正量を含有させることにより、鋼の焼入れ性を向
上させ、強度を上げるのに有効である。これらの効果を
得るには、上記元素のうちの1種または2種以上を下記に
示す含有量の範囲で含有させることが好ましい。一方、
含有量が適正量を超えると、これらの元素は粗大な炭化
物を形成しやすく、かえって靭性や耐食性の劣化をきた
すことが多い。

【００７０】なお、Crは、上記の効果に加えて、高温炭
酸ガス環境中における腐食速度を小さくするのにも有効
である。同様に、Moは、Pなどの粒界偏析による脆化を
抑制する効果を有し、Vは、焼戻し軟化抵抗を高める効
果も有する。

【００７１】Cr：0.2〜1.5%。より好ましい範囲は0.3〜
1% Mo：0.1〜0.8%。より好ましい範囲は0.3〜0.7% V：0.005〜0.2%。より好ましい範囲は0.008〜0.1%。

【００７２】TiおよびNb:これらの元素は、適量を含有
させることにより、TiNまたはNbCを形成し、結晶粒の粗
大化を防止して靭性を高める効果を有する元素である。
結晶粒の粗大化防止の効果を得たい場合には、これらの
元素のうちの1種または2種を下記に示す含有量の範囲で
含有させるのがよい。一方、含有量が適正量を超えと、
TiCまたはNbCの生成量が過剰になって鋼の靭性を劣化さ
せる。

【００７３】Ti：0.005〜0.05%。より好ましい範囲は0.
009〜0.03% Nb：0.005〜0.1%。より好ましい範囲は0.009〜0.07%。

【００７４】

【実施例】［実施例１］表1に示す４種の化学組成の鋼
を溶製し、通常のマンネスマン−マンドレル製管法によ
って外径139.7mm、肉厚10.5mm、長さ10mの継目無鋼管を
製造した。その鋼管に焼入れ−焼戻しの熱処理を施して
API-L80グレード（降伏強度：570MPa)相当品とした。

【００７５】鋼Ａ、鋼Ｂおよび鋼Ｃの鋼管の拡管前の偏
肉率をUSTにより測定し、測定後管内にプラグを挿入し
機械的に引き抜き拡管加工した。拡管率は、素管内径の
拡大率にして10％、20％および30％の3種とした。

【００７６】図４は拡管加工中のプラグ周辺の断面図で
ある。同図に示すように、素管５は拡管開始側の端部を
固定し、プラグ４を機械的に引き抜くことで拡管を行っ
た。プラグ先端部のテーパの角αは20度とした。拡管率
は、前記の式で求めた。図４の符号を用いれば、下記
のようになる。

【００７７】拡管率＝［（拡管後の内径d1−拡管前の内
径d0）／d0］×100 拡管前の鋼管と拡管後の鋼管の肉厚分布をUSTによって
測定した。測定した肉厚から偏肉率を求めた。拡管加工
後の鋼管の圧潰強度をAPI規格のRP37に準じて測定し
た。なお、肉厚分布の測定は、図７によって説明したよ
うに、管の長手方向に500mmピッチで10ヶ所の横断面に
つき、それぞれ22.5度間隔の16ヶ所で行った。その測定
結果の中で最大の偏肉率を表2に示す。表2中のC1／CO
は、拡管後の鋼管の実測圧潰強度（C1）と前記式によ
り計算で求めた偏肉のない鋼管の圧潰強度（CO）の比で
ある。

【００７８】表2から明らかなように、式、即ち、E0
≦30／(1＋0.018α)を満足している本発明例では、全て
の拡管率において圧潰強度が高く、C1／COが0.8以上で
あった。一方、式を満足していない偏肉率の鋼管を用
いて拡管した比較例は、全ての拡管率で圧潰強度が低
く、C1／COが0.8未満であった。

【００７９】

【表１】

【００８０】

【表２】

【００８１】［実施例２］表１のＤ鋼を用いて、実施例
１と同様に外径139.7mm、肉厚10.5mm、長さ10mの継目無
鋼管を製造し、焼入れ−焼戻しの熱処理を施してAPI-L8
0グレード相当品とした。

【００８２】拡管前の鋼管の肉厚プロファイルをUSTに
よって確認した。肉厚プロファイルは、図７に示すよう
に、鋼管長手方向の500mm間隔で10ヶ所の横断面を円周
方向に16等分した測定位置で肉厚を測定して求めた。そ
の肉厚プロファイルから偏芯偏肉（１次偏肉）、２次偏
肉および３次偏肉の成分をフーリエ解析により抽出し、
各成分の偏肉率を求めた。その結果を表３に示す。表３
の測定No.は管の長手方向の測定個所の番号である。

【００８３】

【表３】

【００８４】上記の素管を用いて、実施例１と同じ方法
で拡管を行った。拡管率は10％、20％および30%であ
る。

【００８５】素管の長手方向の最も偏芯偏肉率が大きか
った部位（表３の測定No.1の位置）において、拡管後の
鋼管の曲がりの曲率半径を測定した。その他の部位の曲
率半径も測定したが、その値が大きく、実用上障害にな
る曲がりではなかった。

【００８６】図９、図10および図11に、素管の１次偏肉
(偏芯偏肉)、２次偏肉および３次偏肉の偏肉率と拡管後
の鋼管の曲率半径の逆数との関係をそれぞれ示す。図９
に示すように、偏芯偏肉率が10％を超える素管では拡管
による曲がりが著しく大きい。図10および図11に示すよ
うに、２次や３次の偏芯していない偏肉と曲がり量との
相関は小さい。これらのことから拡管後の曲がりを抑制
するためには、素管の偏芯偏肉率を10％以下に抑えるこ
とが肝要であることがわかる。

【００８７】

【発明の効果】本発明の鋼管は、拡管後にも高い圧潰強
度を有する。また、拡管による曲がりも小さい。この鋼
管を埋設拡管法に用いることによって、井戸掘削面積を
小さくし、かつ油井管の信頼性を高めるという大きな効
果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の油井掘削方法を説明する図である。

【図２】拡管法による油井掘削方法を説明する図であ
る。

【図３】拡管法で埋設された油井管を示す図である。

【図４】拡管の態様を示す縦断面図である。

【図５】試験によって求めた拡管前の鋼管の偏肉率と、
拡管後の鋼管の偏肉率との関係を示す図である。

【図６】拡管後の鋼管の偏肉率と圧潰強度の低下との関
係を示す図である。

【図７】偏肉率を求めるための管の肉厚の測定位置を示
す図である。

【図８】鋼管の偏肉の形態を説明する横断面図である。

【図９】拡管前の鋼管の偏芯偏肉率(１次偏肉率)と拡管
後の鋼管の曲がり量との関係を示す図である。

【図１０】拡管前の鋼管の２次偏肉率と拡管後の鋼管の
曲がり量との関係を示す図である。

【図１１】拡管前の鋼管の３次偏肉率と拡管後の鋼管の
曲がり量との関係を示す図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 天谷 尚 大阪府大阪市中央区北浜４丁目５番33号 住友金属工業株式会社内 (72)発明者 山根 明仁 大阪府大阪市中央区北浜４丁目５番33号 住友金属工業株式会社内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 抗井内に挿入された状態で拡管される鋼
   管であって、拡管前の偏肉率E0（％）が下記の式を満
   たすことを特徴とする鋼管。 E0≦30／(1＋0.018α) ・・・ ただし、αは下記の式で算出される拡管率(%)であ
   る。 α＝［(拡管後の管の内径−拡管前の管の内径)／拡管前の管の内径］×100・・ ・
2. 【請求項２】 抗井内に挿入された状態で拡管される鋼
   管であって、偏芯偏肉率が10％以下であることを特徴と
   する鋼管。
3. 【請求項３】 鋼管が、質量%で、C：0.1〜0.45%、Si：
   0.1〜1.5%、Mn：0.1〜3%、P：0.03%以下、S：0.01%以
   下、sol.Al：0.05%以下、N：0.01%以下、Ca：0〜0.005
   ％、残部がFeおよび不純物からなる鋼管である請求項1
   または２の鋼管。
4. 【請求項４】 鋼管が、質量%で、C：0.1〜0.45%、Si：
   0.1〜1.5%、Mn：0.1〜3%、P：0.03%以下、S：0.01%以
   下、sol.Al：0.05%以下、N：0.01%以下、Ca：0〜0.005
   ％、ならびにCr：0.2〜1.5%、Mo：0.1〜0.8%およびV：
   0.005〜0.2%のうちの1種または2種以上、残部がFeおよ
   び不純物からなる鋼管である請求項1または２の鋼管。
5. 【請求項５】 Feの一部に代えて、質量%で、Ti：0.005
   〜0.05%およびNb：0.005〜0.1%の一方または両方を含有
   する請求項３または４の鋼管。
6. 【請求項６】 掘削した抗井内に鋼管を埋設し、埋設し
   た鋼管の先端部の地下をさらに掘削し抗井を深くし、埋
   設した鋼管内にその内径よりも小さい外径の鋼管を挿入
   して深くした抗井内に埋設し、その鋼管を管内に挿入し
   た工具により拡管して直径を大きくし、さらに拡管した
   鋼管の先端部の地下を掘削して抗井をより深くし、拡管
   した鋼管内にその内径よりも小さい外径の鋼管を挿入し
   てより深くした抗井に埋設して拡管することを繰り返し
   行い、順次より直径の小さい鋼管を埋設する方法におい
   て、拡管する鋼管として請求項１から５までのいずれか
   の鋼管を用いることを特徴とする油井用鋼管の埋設方
   法。