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油井管（OCTG）

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油井管（OCTG） は、特定の用途に応じた荷重条件にさらされるドリルパイプ、ケーシング、チューブで構成されるシームレス圧延製品のファミリーです。(深井戸の概略図については図 1 を参照)。

の ドリルパイプ ドリルビットを回転させ、掘削液を循環させる、継ぎ目のない重いチューブです。長さ 30 フィート (9 メートル) のパイプ セグメントがツール ジョイントで連結されています。ドリル パイプは、掘削による高トルク、自重による軸方向の張力、掘削液の排出による内部圧力に同時にさらされます。さらに、これらの基本的な荷重パターンに、非垂直または偏向掘削による交互の曲げ荷重が重なる場合があります。
ケーシングパイプ ボーリング孔の内側にはケーシングが敷かれています。ケーシングは、自重による軸方向の張力、流体の排出による内部圧力、周囲の岩石層による外部圧力を受けます。ケーシングは、特に、汲み上げられた油やガスのエマルジョンによる軸方向の張力と内部圧力にさらされます。
チューブは、油井から石油やガスを輸送するパイプです。チューブセグメントは通常、約 30 フィート (9 メートル) の長さで、両端にねじ接続があります。

酸性使用条件下での耐食性は、特にケーシングとチューブにとって非常に重要な OCTG 特性です。

一般的なOCTG製造プロセスには以下が含まれます（すべての寸法範囲は概算です）

外径 21 ～ 178 mm のサイズに対応する連続マンドレル圧延プロセスとプッシュベンチプロセス。
外径140～406mmのサイズのプラグミル圧延。
外径 250 ～ 660 mm のサイズのクロスロールピアシングおよびピルガーローリング。
これらのプロセスでは、通常、溶接パイプに使用されるストリップおよびプレート製品に慣例的な熱機械加工処理ができません。したがって、合金含有量を増やし、焼き入れや焼き戻しなどの適切な熱処理を組み合わせて、高強度のシームレスパイプを製造する必要があります。

図1. 深井戸完成の概略図

パイプの肉厚が厚くても完全なマルテンサイト組織という基本要件を満たすには、良好な焼入れ性が必要です。従来の熱処理可能な鋼で良好な焼入れ性を実現するために、Cr と Mn が主な合金元素として使用されています。ただし、良好な硫化物応力割れ (SSC) 耐性の要件により、それらの使用が制限されます。Mn は連続鋳造中に偏析する傾向があり、大きな MnS 介在物を形成して水素誘起割れ (HIC) 耐性を低下させる可能性があります。Cr レベルが高いと、粗い板状の形態を持つ Cr7C3 析出物が形成され、水素コレクターおよび亀裂イニシエーターとして機能します。モリブデンとの合金化により、Mn および Cr 合金化の制限を克服できます。Mo は Mn および Cr よりもはるかに強力な硬化剤であるため、これらの元素の量を減らしてもその効果を簡単に回復できます。

従来、OCTG グレードは炭素マンガン鋼 (強度レベル 55 ksi まで) または Mo を含むグレード (0.4% Mo まで) でした。近年、深井戸掘削や腐食攻撃を引き起こす汚染物質を含む貯留層により、水素脆化や SCC に耐性のある高強度材料に対する強い需要が生じています。高度に焼き入れされたマルテンサイトは、高強度レベルで SSC に最も耐性のある構造であり、0.75% は降伏強度と SSC 耐性の最適な組み合わせを生み出す Mo 濃度です。

石油掘削におけるドリルストリング、ケーシング、チューブの使用

掘削サービスにおけるドリルストリング、ケーシング、チューブのガイドライン

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石油掘削・生産用鋼管は、構造、形状、用途、性能の違いにより、ドリルストリング（ケリー、ドリルパイプ、加重ドリルパイプ、ドリルカラーを含む）、ケーシング（表面ケーシング、テクニカルケーシング、油層ケーシングライナーを含む）、チューブに分類されます。

石油掘削におけるドリルストリング、ケーシング、チューブの使用

  1. ドリルストリング：
  • ケリー：ケリーはドリルストリングの上部に位置し、下部のドリルパイプに接続されています。構造は、内部が円形で外部が四角形、または内部が円形で外部が六角形であるのが特徴です。その機能は、表面回転テーブルの回転力をドリルストリングを介してダウンホールビットに伝達し、底部岩石層を破壊し、井戸洗浄液を転送し、ビットを冷却し、底部岩石ヘッダーを洗浄することです。
  • ドリルパイプ：ドリルパイプは、ドリルストリングスの中央、ケリーの下にあり、ドリルパイプまたはドリルチェーンの上に重りが付いています。主な機能は、中間媒体として機能するケリーを介して地面の回転力をドリルビットに伝達し、ドリルパイプの接続を徐々に長くして、深度を継続的に増加させることです。掘削を開始し、ドリルビットを交換します。ツールと掘削液を井戸に移します。ドリルパイプは、摩擦圧接により、管体とジョイントの2つの部分で構成されています。熱間圧延合金鋼シームレスパイプは、管とジョイントの溶接部分の強度を高めるために採用されています。管体の両端は、溶接部分で圧縮され、厚くする必要があります。厚くする形式には、内部の厚くする、外部の厚くする、および内部と外部の厚くするがあり、それぞれIU、EU、およびIEU記号で表されます。ドリルパイプの鋼種は、E-75、X-95、G-105、およびS-135です。文字の後の2桁または3桁は、グレードの最小降伏強度を示します。ドリルパイプジョイントは、一般的に高強度合金鋼を圧延、鍛造、熱処理、機械加工して、異なるねじタイプの突合せ溶接ジョイントに加工します。ねじタイプには主に内平、全穴、通常があり、それぞれIF、FH、REGで表されます。異なる鋼種と仕様のドリルパイプには、異なるサイズとねじタイプの突合せ溶接ジョイントが必要です。突合せ溶接ドリルパイプジョイントの外径はパイプ本体の外径よりも大きいため、掘削中に摩耗しやすいため、ジョイント材料には高い強度と耐摩耗性が求められます。ジョイントの耐摩耗性を向上させるには、強化処理とジョイントの硬度を高めることに加えて、一般的にジョイントの表面に高硬度で耐摩耗性のある材料をスプレー溶接して、ジョイントの耐用年数を大幅に延ばすことができます。
  • 加重ドリルパイプ：ドリルパイプと同様の中重量のドリルパイプの一種で、壁の厚さはドリルパイプの2〜3倍です。厚肉管体の両端には、非常に長い極厚管継手があり、中間にも一部の極厚管継手があります。加重ドリルパイプは、通常、ドリルストリングを形成するときにドリルパイプとドリルカラーの間に追加され、ドリルストリング断面の急激な変化を防ぎ、ドリルパイプの疲労を軽減します。
  • ドリルカラー：ドリルパイプまたは加重ドリルパイプの下部に位置し、上部はドリルパイプまたは加重ドリルパイプに接続され、下部はドリルビットに接続されます。これらには、合金ドリルカラー、非磁性ドリルカラー、スパイラルドリルカラー、スクエアドリルカラーなどがあります。自重と高剛性により、ビット圧力と曲げ抵抗を井戸に適用し、ビットがスムーズに動作し、井戸のずれを防ぎ、シャフトの打撃を維持します。
  1. ケーシング:

地下の石油とガスの貯留層をスムーズに地上に輸送するには、油の「ケーシング」を底穴から井戸の上部まで通してチャネルを構築し、噴出と漏出を防ぎ、異なる油、ガス、水の層を隔離する必要があります。用途に応じて、表面ケーシング、テクニカルケーシング、油層ケーシング、ライナーに分けることができます。

1) 表面ケーシング: 軟弱で崩壊しやすい地盤を掘削する際に使用され、坑道壁を補強し、崩壊を防ぎ、掘削をスムーズに進めます。一般的な仕様は 13 3/8 インチと 10 3/4 インチです。

2) テクニカルケーシング: 掘削時には、複雑な地層での井戸の崩壊、漏洩、噴出を防ぎ、高圧の塩水層流体が井戸に流入するのを防ぐために、テクニカルケーシングを適用して掘削孔壁を隔離し、強化する必要があります。一般的な仕様は 9 5/8 インチと 8 5/8 インチです。

3) 貯留層ケーシング：目標層まで掘削した後、圧力の異なる貯留層間の干渉や、他の流体が井戸内に浸入するのを防ぐために、貯留層ケーシングに入り、油層、ガス層、水層を隔離し、層状の採掘と層状の注水を実現する必要があります。一般的な仕様は、4 1/2″、5 1/2″、6 5/8″、7″です。

石油掘削におけるドリルストリング、ケーシング、チューブの使用

  1. チューブ:

主に石油回収やガス採掘に使用され、地下の石油やガスをチューブを通して地上に輸出します。チューブは端部構造によって、フラットチューブ、外部増粘チューブ、一体型ジョイントチューブの3種類に分けられます。