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技術 拡管の評価方法、拡管評価用金型

出願人 日本製鉄株式会社
発明者 和田学長谷川昇
出願日 2018年1月12日 (3年1ヶ月経過) 出願番号 2018-003141
公開日 2019年7月25日 (1年6ヶ月経過) 公開番号 2019-124474
状態 未査定
技術分野 かしめ結合と拡管装置及び管端の縮径・拡径 機械的応力負荷による材料の強さの調査
主要キーワード 地上近傍 ひずみ履歴 周方向ひずみ 貫通割れ 早期破断 セメンチング 出荷試験 引張ひずみ
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2019年7月25日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (8)

課題

両端が拘束された拡管簡易評価を行えるようにすること。

解決手段

フルスケール拡管の数値解析又は拡管実験からひずみ履歴を取得し、評価管内に配置された突起付き割型を評価管の径方向押し出す芯金を用いた場合に、評価管の評価部の周方向ひずみがフルスケール拡管と同等、かつ軸方向ひずみがフルスケール拡管の軸方向ひずみ±1.5%の範囲内に収まる芯金のストローク導出し、導出されたストロークの範囲内で芯金を移動させて突起付き割型を押し出すことにより軸方向に離れた位置を拘束しながら拡管した評価管を形成し、拡管された評価管の状態を確認することで、評価管に対応するフルスケール拡管の良否を判断することを特徴とする、拡管の評価方法とする。

概要

背景

従来の油井は、掘削直後にねじで連結した油井管を挿入してセメンチングし、その内側にそれよりも細径の管を通す工程を繰り返すことで、地質に応じて数段階の管径を持つケーシング設計および施工を行う。このため、地上近傍の油井管は大径となり敷設コストが高く、深くなるに従って管径を段階的に細くするため油井の大深度化には限界がある。そこで近年は油井内で10〜30%程度拡管して使用する拡管型油井管が開発された。これを用いることで油井全体の管径差を小さくでき、敷設コストの低減と油井の大深度化が実現しつつある。

このような拡管型油井管は所定の寸法まで拡管しても破断しないことが求められる。その確認には油井内の拡管を再現するフルスケール拡管試験で破断しないことを証明する必要があった。そこで、フルスケール拡管試験には、特許文献1に記載されているような試験を行っていた。

概要

両端が拘束された拡管の簡易評価を行えるようにすること。フルスケール拡管の数値解析又は拡管実験からひずみ履歴を取得し、評価管内に配置された突起付き割型を評価管の径方向押し出す芯金を用いた場合に、評価管の評価部の周方向ひずみがフルスケール拡管と同等、かつ軸方向ひずみがフルスケール拡管の軸方向ひずみ±1.5%の範囲内に収まる芯金のストローク導出し、導出されたストロークの範囲内で芯金を移動させて突起付き割型を押し出すことにより軸方向に離れた位置を拘束しながら拡管した評価管を形成し、拡管された評価管の状態を確認することで、評価管に対応するフルスケール拡管の良否を判断することを特徴とする、拡管の評価方法とする。

目的

本発明は、このような背景でなされた発明であり、本発明の課題は、両端が拘束された拡管の簡易評価を行えるようにすることである

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

フルスケール拡管数値解析又は拡管実験からひずみ履歴を取得し、評価管内に配置された突起付き割型を評価管の径方向押し出す芯金を用いた場合に、評価管の評価部の周方向ひずみがフルスケール拡管と同等、かつ軸方向ひずみがフルスケール拡管の軸方向ひずみ±1.5%の範囲内に収まる芯金のストローク導出し、導出されたストロークの範囲内で芯金を移動させて突起付き割型を押し出すことにより軸方向に離れた位置を拘束しながら拡管した評価管を形成し、拡管された評価管の状態を確認することで、評価管に対応するフルスケール拡管の良否を判断することを特徴とする、拡管の評価方法

請求項2

割型は0.2≦a/t≦0.50.5≦b/a≦22≦r≦100.5≦c/t1≦d/t3≦La/rを満たすものである請求項1に記載の拡管の評価方法。(但し、a:突起高さ[mm]、b:突起幅[mm]、c:面取り高さ[mm]、d:面取り幅[mm]、t:評価管の肉厚[mm]、r:突起先端半径[mm]、La:突起間長さ[mm])

請求項3

下記条件を満たす拡管評価用割型。0.2≦a/t≦0.50.5≦b/a≦22≦r≦100.5≦c/t1≦d/t3≦La/r(但し、a:突起高さ[mm]、b:突起幅[mm]、c:面取り高さ[mm]、d:面取り幅[mm]、t:評価管の肉厚[mm]、r:突起先端半径[mm]、La:突起間長さ[mm])

技術分野

0001

本発明は、拡管評価方法、拡管評価用金型、特にそれを構成する割型に関する。

背景技術

0002

従来の油井は、掘削直後にねじで連結した油井管を挿入してセメンチングし、その内側にそれよりも細径の管を通す工程を繰り返すことで、地質に応じて数段階の管径を持つケーシング設計および施工を行う。このため、地上近傍の油井管は大径となり敷設コストが高く、深くなるに従って管径を段階的に細くするため油井の大深度化には限界がある。そこで近年は油井内で10〜30%程度拡管して使用する拡管型油井管が開発された。これを用いることで油井全体の管径差を小さくでき、敷設コストの低減と油井の大深度化が実現しつつある。

0003

このような拡管型油井管は所定の寸法まで拡管しても破断しないことが求められる。その確認には油井内の拡管を再現するフルスケール拡管試験で破断しないことを証明する必要があった。そこで、フルスケール拡管試験には、特許文献1に記載されているような試験を行っていた。

0004

特開2009−222652号公報

先行技術

0005

しかしながら、フルスケール拡管の試験体製作には2〜3ヶ月の期間が掛かるとともに、一個当たり数百万円の費用が掛かるため、出荷試験等の迅速評価はできない。このため、拡管簡易評価手法の開発が求められている。そこで、本発明者はフルスケール拡管よりも小さな評価管を用いて両端が拘束された拡管を再現するための拡管簡易評価手法を開発した。

発明が解決しようとする課題

0006

本発明は、このような背景でなされた発明であり、本発明の課題は、両端が拘束された拡管の簡易評価を行えるようにすることである。

課題を解決するための手段

0007

上記課題を解決するため、フルスケール拡管の数値解析又は拡管実験からひずみ履歴を取得し、評価管内に配置された突起付き割型を評価管の径方向押し出す芯金を用いた場合に、評価管の評価部の周方向ひずみがフルスケール拡管と同等、かつ軸方向ひずみがフルスケール拡管の軸方向ひずみ±1.5%の範囲内に収まる芯金のストローク導出し、導出されたストロークの範囲内で芯金を移動させて突起付き割型を押し出すことにより軸方向に離れた位置を拘束しながら拡管した評価管を形成し、拡管された評価管の状態を確認することで、評価管に対応するフルスケール拡管の良否を判断することを特徴とする、拡管の評価方法とする。なお、評価管の評価部の周方向ひずみがフルスケール拡管と同等とは、評価管の評価部の周方向ひずみがフルスケール拡管の周方向ひずみ±1.0%の範囲内に収まることとする。

0008

また、割型は0.2≦a/t≦0.5、0.5≦b/a≦2、2≦r≦10、0.5≦c/t、1≦d/t、3≦La/rを満たすものとすることが好ましい。
(但し、a:突起高さ[mm]、b:突起幅[mm]、c:面取り高さ[mm]、d:面取り幅[mm]、t:評価管の肉厚[mm]、r:突起先端半径[mm]、La:突起間長さ[mm])

0009

また、下記条件を満たす拡管評価用割型とする。
0.2≦a/t≦0.5、0.5≦b/a≦2、2≦r≦10、0.5≦c/t、1≦d/t、3≦La/r(但し、a:突起高さ[mm]、b:突起幅[mm]、c:面取り高さ[mm]、d:面取り幅[mm]、t:評価管の肉厚[mm]、r:突起先端半径[mm]、La:突起間長さ[mm])

発明の効果

0010

本発明を用いると、両端が拘束された拡管の簡易評価をすることができる。

図面の簡単な説明

0011

評価管を拡管する際の芯金と割型と評価管を表した斜視図である。
評価管を拡管する際の芯金と割型と評価管を表した断面図である。
芯金と割型を用いて評価管を拡管する前後の状態を表した断面図である。但し、左側には拡管前の状態が示され、右側に拡管後の状態が示されている。
図2のIV−IV断面の部分拡大図である。
拡管プラグを用いてフルスケール拡管している状態を表した図である。
金型を用いてフレア拡管している状態を表した図である。
疵が無いフルスケール拡管とフレア拡管と本発明の拡管の軸方向ひずみと周方向ひずみの関係を表す図である。

0012

以下に発明を実施するための形態を示す。実施形態の拡管の評価方法は、フルスケール拡管6の数値解析又は拡管実験からひずみ履歴を取得し、評価管4内に配置された突起21付き割型2を評価管4の径方向に押し出す芯金3を用いた場合に、評価管4の評価部の周方向ひずみがフルスケール拡管と同等、かつ軸方向ひずみがフルスケール拡管の軸方向ひずみ±1.5%の範囲内に収まる芯金3のストロークを導出し、導出されたストロークの範囲内で芯金3を移動させて突起21付き割型2を押し出すことにより軸方向に離れた位置を拘束しながら拡管した評価管4を形成し、拡管された評価管4の状態を確認することで、評価管4に対応するフルスケール拡管6の良否を判断する。このため、両端が拘束された拡管の簡易評価をすることができる。

0013

なお、この際、評価管4の評価部の周方向ひずみがフルスケール拡管と同等、かつ軸方向ひずみがフルスケール拡管の軸方向ひずみ±1.5%の範囲内に収まるものとするのは、この範囲を超えると、割型2が評価管4にもたらす破壊現象と拡管プラグ61によりフルスケール拡管6にもたらされる破壊現象との差が十分に小さいとは言い難くなるからである。この範囲に収まるストロークの導出は、数値解析を利用することが好ましい。

0014

図1乃至図3に示すことから理解されるように、この評価方法では、突起21がついた割型2を用いることで、評価管4について、軸方向に離れた位置を拘束しながら拡管させるものである。フルスケール拡管6を拡管する際、拡管の片側だけが拘束されている状態の場合もあるが、何らかの理由でフルスケール拡管6の両端が拘束されている状態の発生もあり得る。フルスケール拡管6としては、両端が拘束されている状態の方が、拡管に際して障害となりやすいため、片側が拘束されている状態よりも、使用環境としては、厳しいものであるといえるが、本発明を用いることで、評価管4を用いて、このような厳しい条件に対してフルスケール拡管6が対応できるか否かを判断することができる。

0015

なお、実施形態の芯金3の先端は錐台形であり、割型2間に嵌め込むことによって、円形状に配置された割型2は少なくとも評価管4の一部を径方向に押し広げることができる。

0016

このように、本発明では、割型2の突起21が重要な役割を担うが、突起21を鋭意検討することにより、突起21には好ましい形態があることが分かった。それは、0.2≦a/t≦0.5、0.5≦b/a≦2、2≦r≦10(但し、a:突起高さ[mm]、b:突起幅[mm]、t:評価管の肉厚[mm]、r:突起先端半径[mm])の条件を満たすことである(図4参照)。

0017

0.2≦a/t≦0.5が好ましい理由は以下の通りである。すなわち、突起21の高さを評価管4の肉厚で割った値であるa/tが0.2未満の場合、突起21付き割型2が評価管4の軸方向を拘束する力が過小となり、軸方向ひずみが適切な範囲に入らない虞があるからである。また、a/tが0.5を超える場合、突起21付き割型2から評価管4への応力集中が過大となり、評価管4が早期に破断する虞があるからである。

0018

0.5≦b/a≦2が好ましい理由は以下の通りである。すなわち、突起21の幅を突起21の高さで割った値であるb/aが0.5未満の場合、割型2の突起21が破損して試験が不成立となる虞があるからである。また、b/aが2を超える場合、突起21付き割型2が評価管4の軸方向を拘束する力が過小となり、軸方向ひずみが適切な範囲に入らない虞があるからである。なお、0.5≦b/a≦2であれば、突起21の角度が30〜90°に相当する。

0019

2≦r≦10が好ましい理由は以下の通りである。すなわち、突起21の先端半径であるrが2mm未満の場合、割型2の突起21が破損して試験が不成立となる虞があるからである。また、rが10mmを超える場合、突起21付き割型2が評価管4の軸方向を拘束する力が過小となり、軸方向ひずみが適切な範囲に入らない虞があるからである。なお突起21の先端半径とは突起の欠損を避けるために突起先端に設ける曲面の半径である。

0020

また、突起21の形状だけでなく、評価管4の突起21間の長さにおいても検討することにより、この値に好ましい範囲があることが分かった。それは、3≦La/r(但し、r:突起先端半径[mm]、La:突起間長さ[mm])の条件を満たすことである。

0021

3≦La/rが好ましい理由は以下の通りである。すなわち、突起21間の長さを突起21の先端半径で割った値であるLa/rが3未満の場合、負荷時の応力分布がフルスケール拡管6と異なり、軸方向ひずみが適切な範囲に入らない虞があるからである。

0022

また、拡管を行うことにより、評価管4が突起21付き割型2の端部に巻き付くように変形することが分かった。この点を鋭意検討することにより、割型2の端部に面取りを行うことが好ましいことが分かり、面取りの形状にも好ましい形態があることが分かった。それは、0.5≦c/t、1≦d/t(但し、c:面取り高さ[mm]、d:面取り幅[mm]、t:評価管の肉厚[mm])の条件を満たすことである。

0023

0.5≦c/tが好ましい理由は以下の通りである。すなわち、面取り高さを評価管4の肉厚で割った値であるc/tが0.5未満の場合、突起21付き割型2が評価管4の軸方向を拘束する力が過小となり、軸方向ひずみが適切な範囲に入らない虞があるからである。

0024

1≦d/tが好ましい理由は以下の通りである。すなわち、面取り幅を評価管4の肉厚で割った値であるc/tが1未満の場合、突起21付き割型2が評価管4の軸方向を拘束する力が過小となり、軸方向ひずみが適切な範囲に入らない虞があるからである。

0025

ここで、図1に示すように本発明による拡管がなされた評価管4の評価部と、図5に示すように拡管プラグ61を用いて形成されたフルスケール拡管6と、図6に示すように円錐形の金型71を用いて形成されたフレア拡管7がもたらす軸方向ひずみと周方向ひずみとの関係を図7に示す。図7に示すように、フレア拡管7の場合、周方向引張ひずみが同様なフルスケール拡管6に比べて軸方向の圧縮ひずみがかなり大きいことが分かる。つまり、フルスケール拡管6を模擬するにはフレア拡管7は不適切であることが分かる。一方、本発明の方法を採用すれば、フレア拡管7よりもフルスケール拡管6に近いひずみとなることが分かる。なお、ここでいう評価管4の評価部は、図2に示すように、評価管4の長手中央かつ肉厚中央である。

0026

なお、評価管4の長さLについては、特に制限は無いが、長くなると芯金3の押し込み荷重が増大するため、試験装置最大荷重を考慮して適宜選択すれば良い。

0027

また、割型2は、2以上を組として評価管4を押し出すように用いるものであればよいが、好ましくは6〜8個の割型2を環状に並べて組として用いるものが好ましい。

0028

次に、実施例について説明する。外径150.0mm〜350.0mmで長さが100.0mm〜150.0mmとなる評価管4を用いて実験を行った。また、割型2の突起21の条件を変えて、評価を行った。また、芯金3は数値解析により導出されたストローク値まで押し込んだ。また、評価管4の評価部を観察し、貫通割れが発生していないか、くびれが発生していないか、表面があれていないかなどを観察し、良否を判断した。この結果を表1に示す。なお、表1において、「試験不成立」との表記があるものは、評価管4の早期破断、若しくは、突起21の破損によって試験が中断したことを示している。

0029

0030

表1に示すように、本発明の方法でも、フルスケール拡管6のひずみと近いひずみを再現できた。つまり、本発明の方法を、拡管の良否の判断に用いることができることが分かった。例えば、貫通割れをしないか、くびれが発生しないか、表面が荒れないかなどに関して評価管4を観察して、フルスケール拡管6の良否の判断に用いることができる。

実施例

0031

以上、実施形態を中心として本発明を説明してきたが、本発明は上記実施形態に限定されることはなく、各種の態様とすることが可能である。

0032

2割型
3芯金
4 評価管
6フルスケール拡管
7フレア拡管
21突起
61拡管プラグ
71 金型

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