JPS6027732B2 - コラプス強度のすぐれた油井用鋼管の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はコラフ。

ス強度のすぐれた油井用鋼管の製造方法に関するもので
ある。近年由井は、ますます深井戸化される頬向にあり
、一部には深さ１万メートルを越える井戸すら掘られる
ようになってきた。

こうした深井戸に使用される鋼管には、その全体の重量
を吊り支えるだけの高張力とともに、特に深井部に使用
されるケーシングパィプは周囲からかかる大きな外圧に
耐えられるようなハィコラプス強度が要求されている。

コラプス強度とは鋼管の真円度、偏肉および降伏応力に
関係のある外圧に対する強度を表し次式で提示される。
Ｐ＝−１５５９０十３１７２５０（Ｄ／ｔ）−１−１１
０５ムー２３ど十９５０ｙここにＰ：コラプス強度（ｐ
ｓｉ） Ｄ：鋼管の外径（インチ） ｔ：鋼管の肉厚（インチ） ｕ：真円度（％） ご：偏肉（％） ｏｙ：降伏応力（ｐｓｉ） 特に最近このハィコラブス強度を有する鋼管に対する要
求が高まっており、ＡＰ１（アメリカ石油協会）でもハ
イコラフ。

スケーシングについて規格化されようとしている。通常
高張力油井用鋼管は、所定の強度を得るため何らかの熱
処理を施されるが、一般的には焼入れ、焼戻しが主流で
ある。

しかしながら焼入れ、焼戻し熱処理には加熱、冷却中に
発生する熱歪、変態歪により管の真円度および曲りの悪
化が伴い通常そのまま製品として出荷することはできな
い。

鋼管の外律真円度は、上記の如くコラプス強度と強い相
関があり、真円度の悪い鋼管は、コラプス強度が低下し
、また管端にネジ加工を施すときのトラブル要因にもな
っている。

このため従来の通常焼戻し後温間または袷間で定蓬加工
を行い真円度の改善を図っている。曲り‘こついてはそ
の用途の特殊性、継手ねじ部のねじこけ防止、搬送上の
トラブル防止等の見地から鋼管ｌｍ当たり約１柳以内に
押える必要がある。

このため焼入れ焼戻し後温間または冷間で矯正加工を行
うが、温間矯正加工では鋼管の籾性低下を引き起こし、
冷間矯正加工では加工時の残留応力の影響で降伏強度が
低下し同時にコラプス強度も低下する。

特に／・ィコラプス強度を要求される鋼管については、
この残留応力を除去するために応力除去焼鈍（以下ＳＲ
と称する）等の熱処理を施すが、ＳＲ時に再度曲がりが
発生するケースがあり、これらは矯正、ＳＲを繰返すこ
とになるため製造工程の混乱を引き起こすとともに品質
管理上も問題である。またＳＲを行っても鋼管に発生し
た残留応力は完全に除去されないため、矯正を行わない
ものと比較すると機械的性質が若干低下するのは避けら
れない。本発明の目的は上記問題点を解消しコラプス強
度の優れた鋼管を製造する効果的な方法を提供すること
にある。

すなわち誘導加熱による鋼管の焼入れ、焼戻し処理時に
おいて、管の搬送速度を一定に保ち、かつ管断面の真円
度を維持しつつ管を圧縮加工することにより、コラプス
強度のすぐれた油井用鋼管を製造することである。本発
明の要旨とするところは次の如くである。

すなわち誘導加熱により鋼管の焼入れ、焼戻し熱処理を
施す油井用鋼管の製造方法において、前記熱処理時の鋼
管を自重キャンセル型ピンチロールによって拘束し該拘
束時の加熱温度と自重キャンセル型ピンチロールの圧下
力との関係を添附第３図のＡＢＣＤ領域内に調整保持す
ることを特徴とするコラプス強度のすぐれた油井用鋼管
の製造方法である。一般に鋼管材を連続的に搬送する搬
送装置において、搬送中に加熱冷却等の熱処理を施す場
合加熱温度の不均一により管の曲がりを発生するのでこ
の曲がりを防止するため鋼管材の搬送速度を一定に保持
する。

この目的のために通常長尺鋼管材を拘束ロールで拘束す
る手段が採用されている。これらの方法を第１図を参照
して説明する。すなわち、鋼管の搬送ライン中に焼入れ
の加熱装置として複数個の譲導加熱装置Ａを設置し、更
にこれを焼入れする冷却装置Ｂが設置され、次に暁房工
程にも複数個の譲導加熱装置Ｃが蓮設されている。この
場合、加熱装置ＡおよびＢの外側および中央部複数個所
に最尺鋼管材Ｄを拘束する拘束ロールＥが設けられ一定
速度を保持しながら搬送されるようになっている。本発
明はまず鋼管の加熱に誘導加熱を採用することにより短
時間で高温城まで加熱を行い、また被処理村の寸法及び
加熱温度を加味した適切な加熱周波数を選定することに
より鋼管の周方向及び肉厚方向の温度差を最小に押える
。

ここで電磁誘導コイル内に磁性体である鋼管を無拘速状
態で通過させると電磁力の影響を受けてコイル方向への
引張りを受けるため搬送速度が変化し長手方向に温度差
が生じ曲がりの原因となる。

そこで安定した加熱温度を得るたっには搬送中の鋼管を
拘束し送り速度を一定に保つ必要があるが、要求される
拘束力は電磁力が強くかつ変形抵抗の大きい低温領域で
は強い圧力下、また電磁力が弱く変形抵抗の小さい高温
領域では小さな圧下力になるよう調整することが必要で
ある。

また鋼管冷却中も冷操の接触圧力の影響を受けず安定し
た冷却速度を得るために少なくとも長手方向ーケ所以上
を拘束していることが望ましい。本発明者らは鋼管を有
効に拘束するための、ピンチロール圧下力の範囲が加熱
温度に応じて左右することを見出した。

そこで第２図の如き、実願昭５４−１０２３５３に示さ
れている自重キャンセル型ピンチロールを使用して圧下
力を種々変え、これに伴って加熱温度を調整して多くの
実験を繰返しこれらの真円度、偏肉等を測定してコラフ
。

ス強度を算出した結果、第３図中ＡＢＣＤにて示すピン
チロール圧下力（ｋ９）と加熱温度（℃）との関係領域
内に調整すれば加熱中の鋼管の自重による熱間歪および
電磁力による搬送速度の変化を防止し均一な機械的性質
を得ると共に熱処理後に定型および矯正を行うことなく
寸法形状にすぐれ、従ってコラプス強度にすぐれた油井
用鋼管を製造することができることや判明した。本発明
の実施例を添附図面を参照して説明する。

本発明においては第１図に示す如き鋼管Ｄを拘束するた
めの熱処理装置Ａ，Ｂ，Ｃの外側両端および中央部複数
個所に自重キャンセル型ピンチロールＥを使用する。こ
の自重キャンセル型ピンチロールＢは、実額昭５４−１
０２３５３に示されているが、第２図に示す如く上部に
設けられた自重キャンセル用シリンダーーによって上ロ
ールの昇降フレーム３の自重を消去し鋼管４に昇降フレ
ーム３の自重がかからないようにする。

ピンチロールＢの固定フレーム８上に取付けられた鋼管
搬送ローラ５Ａは駆動モーター６によって駆動される。
鋼管４の上部には対向する搬送ローラー５Ｂがその軸を
昇降フレーム３の下端に取付けられ上下に移動自在に取
付けられており、これら２個の搬送ローラ５Ａ，５Ｂに
はさまれて鋼管４が搬送される。昇降フレーム３の上部
には搬送ローラー５Ｂを上下に移動させ鋼管４に対する
圧下力を任意に調整自在な昇降用シリンダー２が設けら
れている。本発明者らは、前記自重キャンセル型ピンチ
ロールを使用して熱処理時の加熱温度とピンチｏ−ルの
圧下力がコラプス強度に及ぼす影響を調査した結果、す
ぐれたコラプス強度を得るための加熱温度（℃）とピン
チロール圧下力（ｋ９）との間にＡＢ曲線で示される上
限と、ＤＣ曲線にて示される下限があり、これを１００
〜１０００ｑｏの間の好適な加熱範囲に限定し、かつ第
３図でＡＢＣＤにて示される範囲内に加熱温度とピンチ
ロール圧下力を調整すれば真円度にすぐれ、偏肉、へこ
み癖等の皆無の油井用鋼管、従ってコラプス強度のすぐ
れた油井用鋼管を得ることができることを見出した。

第３図は外径１１４．３側め〜４０６．４肌◇、肉厚５
．０側〜松．仇岬の範囲の通常使用される大部分の油井
鋼管サイズを包む多くの供誠材により実験的に得られた
ものである。これらの実験に用いられた油井鋼管サイズ
を第１表に示す。第１表 加熱温度を１００〜１０００ｑｏの範囲に決めた理由は
、加熱温度が１００３０以下であると加熱による効果が
弱く、また加熱温度が１０００ｑ０を越えると結晶粒の
粗大化が生じ好ましくないことによる。

この図で上限ＡＢラインを定めた理由は、これを越えて
圧下力をかけると第６図に示すように真円度が悪化する
かまたはへこみ庇が発生することによる。

また下限ＣＤラインは磁力の強さと管重量および機織的
に昇降動作が円滑に行われなくなる圧下力により決定さ
れたものである。すなわち、ＣＤラインを下廻った圧下
力では搬送速度を一定に保つことができなくなることに
よる。第４図、第５図はそれぞれ本発明によって製造さ
れた鋼管の真円度と曲がりの状態を示す。これは１３９
．７◇、１７７．８０、２４４．５０、斑９．７０の管
を任意にサンプリングし、測定したもので真円度および
曲がりがきわめてすぐれている。第６図は加熱温度（９
００００）におけるピンチロールの圧下力と熱処理後の
真円度との関係ならびに、真円度がコラブス強度に与え
る影響を示す。

試験材は２４４．５側Ｊ×１１．９劫吻で現在ＡＰＩが
規格化を検討しているＨＣ−９５グレードの最小コラプ
ス強度５０８倣ｓｉを満足するためには、図に示すよう
に真円度を０．９１％以下にする必要があり、そのため
には圧下力を１４０ｋ９以下にしなければならない。第
７図ＡＢＣＤ範囲の鋼管は本発明により製造された外径
２４４．５側◇のハィコラプス強度を有するケーシング
鋼管でＡＰＩのＨＣ−９５グレードよりはるかにすぐれ
たコラプス強度を有していることがわかる。

ここでは、対比のために、ＡＰＩＴｅｎｔａｔｉｖｅ
ＨＩＧＨ ＣＯＬＬＡＰＳＥ ＨＣ−９５のクリヤすべ
きコラプス強度のＭｉｎ値（ＡＰＩ規格）を示した。

なお、従来は、ＡＰＩＣ−９５相当品までしか製造でき
なかった。

第７図上の数値を第２表に示す。第２表 この場合における圧下力、温度は第３図に示す。

この第３図において、鋼管は譲導加熱によって、入側か
ら進行につれて昇溢していく。庄下力については、その
時点の温度に見合った最適な圧下力がかけられる。した
がって、圧下力、温度は各外蓬肉厚毎に一つの曲線で示
される。なお、第４〜７図にて示した本発明による実施
例における鋼管の真円度および曲がりはそれぞれ次によ
り定義されるものである。

真円度とは鋼管の円周方向の任意の８点をマイクロメー
ターで測定し、鋼管外蓬Ｄに対し次の如く定義される。

真円度＝最大外径−最４・外径×ＩＯ。（％） ま平均
外径た、鋼管の曲がりは次の如く定義される。

鋼管の全長夕とし、該鋼管の両端を結ぶ線と、それらの
中間の任意の点との最大垂直距離をｘとすれば、曲がり
＝ｘ／〆（帆／ｍ）なお、本発明の実施にあたって以下
の点に注意し、十分な管理を行うことが望ましい。

｛ィー 本発明では熱間定型を行わないので焼入、焼房
の熱処理加熱時の外径膨張率を見込んだ目標外径で原管
を製造すると共に本発明による加熱温度とピンチロール
圧下力との管理を行なう。

‘ｏ｝ 熱処理時に均一加熱、均一急冷の一助とするた
め加熱、急冷時は常に鋼管に回転を与える。し一 誘導
加熱による鋼管の肉厚方向、長手方向および両管端の温
度のばらつきを防止するためＡｃ２点以下の加熱時には
低周波電源を適用し、管端を接合したままで加熱するこ
とが好ましい。〇 磁力、競入水圧力などによる搬送速
度の変動を防止するため本発明により管理するほか、鋼
管の外径／肉厚の比によってピンチロールの圧下力を調
節する必要がある。

的 鋼管とピンチロールの接触点は同一断面、対向位置
を避けて第２図に示す如く上下のロールが一定角度を保
持することが好ましい。

通常鋼管の長手方向に対して搬送ローラ５Ａ，５Ｂはい
ずれも３０〜４５度が好ましい。Ｎ 管内残留暁入水を
完全に除去するため傾斜式ドレーン装置を設置すること
が好ましい。

（ト）暁房後の冷却ベッド‘こおいても鋼管にできるだ
け多く回転を与えることが望ましいのでフオワードおよ
びリバース運動をさせることが好ましい。

本発明と上記注意による十分な管理と相換って従釆の如
き熱間定型および袷間または温間の曲がり矯正を行うこ
となく、コラプス強度のきわめてすぐれた油井用ケーシ
ング鋼管を製造することができた。

かくの如く本発明は従来の定型および矯正工程を省略す
ることができたので工程の簡素化と設備投資の節減を可
能とし、低コストによるすぐれたコラプス強度を有する
油井用鋼管の製造が可能となった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の対象とする鋼管の熱処理ラインを示す
図、第２図は自重キャンセル型ピンチロールの正面図、
第３図は本発明によるピンチロール圧下力（ｋ９）と加
熱温度（００）の関係図、第４図は本発明により製造さ
れた鋼管の真円度（％）と肉厚ｔ／外蓬Ｄの関係図、第
５図は本発明により製造された鋼管の抜取り本数と管の
曲がり（柵／ｍ）の分布図、第６図は外径ず／８″◇、
加熱温度９００ｑｏにおける圧下力（ｋ９）、真円度（
％）およびコラプス強度（ｐｓｉ）の関係図、第７図は
外径ず／８″）、Ｌ／Ｄ（長さ／外径）＝４．班の鍵管
のコラプス強度（ｐｓｉ）と肉厚（ｉｎ）の関係図であ
る。 １……自重キャンセル用シリンダー、２……昇降用シリ
ンダー、３・…・・昇降フレーム、４・・・…鋼管、５
（５Ａ，５Ｂ）・・・・・・搬送ローラ、Ｅ・・・・・
・ピンチロール、Ｄ・・・・・・鋼管。 第１図 第３図 第２図 第４図 第５図 第６図 第７図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 誘導加熱により鋼管の焼入、焼戻の熱処理を施す油
   井用鋼管の製造方法において、前記熱処理時の鋼管を自
   重キヤンセル型ピンチロールによつて拘束し、該拘束時
   の加熱温度と該ピンチロールの圧下力との関係を添付第
   ３図に示す如く、鋼管外径４０６．４ｍｍφ、肉厚２２
   ．０ｍｍにおいてＡ点（１００℃、７６３ｋｇ）とＢ点
   （１０００℃、１２４ｋｇ）とを中間のＥ点（５００℃
   、２７３ｋｇ）を通る曲線で結んだ曲線ＡＢとして、こ
   れを上限とし、また鋼管外径１１４．３ｍｍφ、肉厚５
   ．０ｍｍにおいてＤ点（１００℃、２０８ｋｇ）とＣ点
   （１０００℃、４５ｋｇ）とを中間のＦ点（５００℃、
   ４５ｋｇ）を通る折れ線（直線ＤＦとＦＣからなる）Ｄ
   Ｃとして、これを下限とし前記二つの鋼管外径、肉厚範
   囲内の外径、肉厚に従つて、ＡＢＣＤ領域内に調整保持
   することを特徴とするコラプス強度のすぐれた油井用鋼
   管の製造方法。