JP2008513604A

JP2008513604A - 薄肉管材料の寿命を伸ばす方法及びオーステンパ処理された応力除去済薄肉管材料

Info

Publication number: JP2008513604A
Application number: JP2007532345A
Authority: JP
Inventors: ベンソン、ダン・トーマス
Original assignee: オーシャニアリング・インターナショナル・インク
Priority date: 2004-09-17
Filing date: 2005-08-22
Publication date: 2008-05-01
Also published as: WO2006033752A3; ZA200703074B; CA2580462A1; EP1799870A2; US20060060267A1; WO2006033752A2; NO20071959L; MX2007003098A; BRPI0515458A; US20080042327A1

Abstract

本発明は、所定のプロセスパラメータにより管材料を加熱し、急冷し、冷却することを含む制御された連続走行操作において管材料をオーステンパ処理することにより薄肉管材料の寿命を伸ばす方法に関する。発明はまた、溶接シームを有する管材料をオーステンパ処理し溶接の残留応力を除去する方法に関する。発明はさらに、上記方法による製品であるオーステンパ処理された溶接応力除去済薄肉管材料はもちろん、他の装置と組み合わせて炭化水素の生産における使用に適しているそのような薄肉管材料に関する。

Description

発明の分野

本発明は、所定のプロセスパラメータにより管材料を加熱し、急冷し、冷却することを含む制御された連続走行操作において管材料をオーステンパ処理することにより薄肉管材料の寿命を伸ばす方法に関する。発明はまた、溶接シームを有する管材料をオーステンパ処理し溶接における残留応力を除去するプロセスに関する。発明はさらに、上記方法による製品であるオーステンパ処理された溶接応力除去済薄肉管材料はもちろん、他の装置と組み合わせて炭化水素の生産における使用に適しているそのような薄肉管材料に関する。

従来技術

それぞれの管材料はコイル管材料リールに巻かれ、あるいは、それから解かれ、永久的な伸びが生じる。使い果たされるまでその伸びが蓄積し、管材料は破断する。したがって、伸び率は管材料の材料の重要な特性である。

管材料の材料（材質）の第２の重要な特性は、強度又は硬度である。この品質は、深井戸に使用されたときに、圧力のダイアレーション応力と、引張応力に抵抗する。

スチールの特性として、硬度の増加に従い伸び率が減少する。冶金学上、理想的なコイル管材料はパラドックスであり、すなわち、深井戸あるいは高圧井戸に関しては、強度的には硬く、リールへの巻取及びリールからの繰り出しの繰返しについては延性があることが必要である。

現在の技術によるコイル管材料スチールはマルテンサイト組織を有する。マルテンサイトには硬度に対する伸び率の好ましくないトレードオフがある。他方では、オーステンパ処理されたスチールはベイナイト組織を有する。ベイナイトに構造化されたスチールは硬いだけではなく、また優れた伸び率を有する。

スチールをオーステンパ処理することは先行技術で知られているが、それは、典型的に、非連続バッチプロセスで達成される。このプロセスはコイル管材料製作には不適当である。

図１に鋼管材料を連続的に製作する現在の技術を示す。金属ストリップを管形成装置に導き、シーム溶接しそぎ継ぎし、そして、形成された管を例えば、加熱して、焼きなます。管材料は、冷却機によって冷やされ、次に、移動され追加構成装置、例えば、寸法仕上げロールを通る。管材料を次に加熱し再び冷却し、そして、例えば、リールに巻き取ることができる。プロセスのフロントエンドにおいて、ストリップストックの尻を溶接することによって、非常に長い長さの管材料を製作できる。

連続管製造法において、図１における寸法仕上げ操作は管材料を加工硬化させ強度を増す。図１に示す熱加工は、溶接で引き起こされた問題を緩和し、あるいは、加工硬化後の管材料を必要なグレードに柔らかくする。現在の管材料製作技術で使用される熱加工は管材料を硬化させない。

本発明は、オーステンパ処理により、薄肉管材料の伸び率を維持すると共に、管材料の強さを増加させることに役に立つ装置と方法に関する。本発明は、また、溶接シームを含む薄肉管材料をオーステンパ処理し溶接シーム応力を除去する方法に関する。また、本発明は上で説明された方法で生産された製品に関する。本発明はまた、応力が除去された溶接シームを含むオーステンパ処理された薄肉管材料に関する。

発明の好ましい実施の形態

ここで、図２を参照し、本発明の方法による薄肉管材料をオーステンパ処理する例示的な装置１０は加熱装置２０、低温リザーバ３０、および冷却機４０を含む。装置１０は、本発明の方法を実施すると共に、管材料１２の連続走行に使用されるように設けられている。本願発明において使用されるように、連続走行操作は単一の処理手順において、およそ６０．９６ｍ（２００フィート）以上の長さを処理するものである。金属管材料１２は、０．６３５ｍｍ（０．２５インチ）未満、望ましくはおよそ０．３０４８ｍｍ（０．１２０インチ）の肉厚を有する。１実施の形態では、金属管材料１２は０．２５以上、０．４５以下の炭素含有量の鋼合金を含み、４１３０合金鋼を含むことができる。金属を実質的に連続して供給する供給源１５、例えば、ロール状に巻かれたストリップから金属管材料１２を供給して、管形成機９０において管状に形成することができる。この管形成により生じた継ぎ目を縫合わせ溶接機９１によって溶接し、形成された継ぎ目をそぎ継機９２によってそぎ継ぎすることができる。

加熱装置２０は金属管材料部分１２を受け入れ、それを７０４．４４−８７１．１１℃（１３００−１６００°Ｆ）の範囲の高温まで加熱するように設けられている。加熱装置２０は誘導加熱加熱装置及び／又は炎若しくは同様のもの、あるいは、それらの組み合わせを含むことができる。加熱装置２０（例えば、誘導加熱加熱装置）を低温リザーバ３０に近接して、あるいは、低温リザーバの中に配設することができる。

低温リザーバ３０は、連続走行操作の一部として、移動する金属管材料部分１２を受け入れて３秒未満の時間急冷し金属管材料部分の温度を２６０−５３７．７８℃（５００−１０００°Ｆ）の範囲の第１低温まで低下させる。急冷に使用される低温リザーバ３０は溶融塩浴を含むことができる。移動はローラを使用することを含み、多数の均等手段により達成される。

冷却機４０は、金属管材料部分１２を３７．７８℃（１００°Ｆ）未満の第２低温まで冷却するように設けられている。冷却は、強制対流によることを含み、多数の均等手段で達成されうる。従来技術に示されるように、追加の冷却機、例えば、水冷却機９３を備えることとしてもよい。

第２冷却の後に追加処理を行うこととしても良い。例えば、オーステンパ処理された金属管材料部分１２をサイジング（寸法仕上げ）ローラ９４で所定の大きさにし、さらに、冷却機９６（空気冷却機），９７（水冷却機）で冷やすことができる。

オーステンパ処理された金属管材料部材１２を次に、例えば、巻取リール１７で巻き取ることができる。

また、図２ａに示すように、例えば、船１６上に設けた巻取リール１７によって、オーステンパ処理された薄肉金属管管部分１２を巻き取ることができる。

図３を参照し、オーステンパ処理された薄肉溶接管１２は、装置１９、例えば、モータ、行き過ぎ量瓶、増圧器、ランディングニップル、プラグキャッチャー、ケーシングスクレーパ、スネークピン、ダウンホールツール、バルブ、または同様のものに取り付け可能に設けた第１端部領域１２ａを含むことができる。オーステンパ処理された薄肉鍛接管１２は、装置１８、例えば、ポンプに連結可能に設けた第２端部領域１２ｂを第１端部領域１２ａの反対側に有することができる。

オーステンパ処理され応力が除去された薄肉溶接管材料部分１２はここに説明した例示的な方法のいずれでも生産されうる。そのうえ、ここに説明した例示的な方法のいずれかにより生産された薄肉溶接管部分１２は、それらの方法の連続走行操作の一部として生成されたオーステンパ処理された筒状体を含むことができ、該筒状体は第１継ぎ目縁１２ｃと、第２継ぎ目縁１２ｄと、０．６３５ｍｍ（０．２５インチ）未満の厚みを有する。薄肉溶接管１２は、前記第１継ぎ目縁と、第２継ぎ目縁を接合する応力除去済溶接シーム１２ｅをさらに含むことができる。

ここで、図４を参照し、例示的な実施の形態において、薄肉溶接管１２は巻取リール１７から繰り出される。薄肉溶接管１２の一端はポンプ１８に接続され、他端は井戸ケーシング９０及び／又は生産管９１を通ってツール１９で終わっている。

例示的な実施の形態の運転では、図５を参照すると、薄肉管材料をオーステンパ処理する例示的な第１の実施例において、金属管材料部分１２（（図２ａ）は加熱装置２０において７０４．４４−８７１．１１℃（１３００−１６００°Ｆ）の範囲の高温まで加熱される。金属管材料部分１２は、０．６３５ｍｍ（０．２５インチ）未満、望ましくはおよそ０．３０４８ｍｍ（０．１２０インチ）の肉厚を有する。

金属管材料部分１２（図２ａ）は、加熱された後に連続走行操作の一部として、加熱装置２０から低温リザーバ３０（図２ａ）へ移動される。低温リザーバ３０において金属管材料部分１２を３秒未満の時間急冷してその温度を２６０−５３７．７８℃（５００−１０００°Ｆ）の範囲の第１低温まで低下させる。金属管材料部分１２の処理は、時間オーステンタイトフェライトへの変換の開始が低温リザーバ３０における急冷の後の少なくとも０．７５秒である温度変形曲線を含むことができる。

金属管材料部分１２はベイナイトに変化し（ベイナイトに変化することが許容され）、次に、連続走行操作の一部として低温リザーバ３０から取り出されて（図２ａ）、およそ３７．７８℃（約１００°Ｆ）未満の第２低温まで冷却される。この冷却は、例えば、冷却機４０（図２ａ）における強制対流により行うことができる。

図６に言及し、第２の例示的な方法において、薄肉金属管材料部分１２をオーステンパ処理するさらなる例示的な方法は、１２０．６３５ｍｍ（０．２５インチ）未満の肉厚を有する薄肉コイル管材料（図２ａ）を連続走行操作の一部として、リール１５（図２ａ）に巻き付けたコイルから加熱装置２０（図２ａ）まで延伸させることを含む。金属管材料部分１２は、連続走行操作の一部として、加熱装置２０で７０４．４４−８７１．１１℃（１３００−１６００°Ｆ）の範囲の高温まで加熱され、次に、加熱装置２０から低温リザーバ３０（図２ａ）へ移動される。低温リザーバ３０において、金属管材料部分１２を約３秒未満の時間急冷してその温度を２６０−５３７．７８℃（５００−１０００°Ｆ）の範囲の第１低温まで低下させる。

金属管材料部分１２（図２ａ）のベイナイトへの変形が許容され、ベイナイトに変化した金属管材料部分１２は次に連続した走行プロセスの一部として低温リザーバ３０から取り出されて（図２ａ）、例えば、冷却機４０（図２ａ）において、およそ３７．７８℃（約１００°Ｆ）未満の第２低温に冷却される。

金属管材料部分が第２低温に達した後に、それを例えば、リール１７（図２ａ）に巻き取ることができる。

ここで、図７に言及し、第３の例示的な方法において、溶接シームと０．６３５ｍｍ（０．２５インチ）未満の肉厚を有する薄肉金属管材料部分１２（図２ａ）を連続走行操作の一部として、リール１５（図２ａ）に巻き取られたコイルから加熱装置２０（図２ａ）へ延伸させる。金属管材料部分１２を連続走行操作の一部として加熱装置２０で７０４．４４−８７１．１１℃（１３００−１６００°Ｆ）の範囲の高温まで加熱し（図２ａ）、次に加熱装置２０から低温リザーバ３０まで移動する（（図２ａ）。低温リザーバ３０において、金属管材料部分１２を約３秒未満の時間急冷してその温度を２６０−５３７．７８℃（５００−１０００°Ｆ）の範囲の第１低温まで低下させる。

次に金属管材料部分１２（図２ａ）がベイナイトに変化することを許容する。ベイナイトに変化した金属管材料部分１２は次に連続走行操作の一部として低温リザーバ３０から取り出されて（図２ａ）、例えば、冷却機４０（図２ａ）においておよそ３７．７８℃（約１００°Ｆ）未満の第２低温に冷却される。

発明の以上の開示と説明は、説明のための例示的なものである。発明の技術的思想から逸脱することなく、サイズ、形、および材料の様々な変更はもちろん、例示的な製造及び／又は方法を変更することができる。

従来技術のシステム概略図である。図２と、図２ａは、本発明の方法を実施するための例示的な装置の概略図である。オーステンパ処理された管材料部分の部分的斜視図である。オーステンパ処理された管材料のウエルでの例示的な使用を示す概略図である。本発明の第１の方法を示すブロック図である。本発明の第２の方法を示すブロック図である。本発明の第３の方法のブロック図である。

Claims

ａ）０．６３５ｍｍ（０．２５インチ）未満の肉厚を有する金属管材料部分を加熱装置で７０４．４４−８７１．１１℃（１３００−１６００°Ｆ）の範囲の高温まで加熱し；
ｂ）前記金属管材料部分を連続走行操作の一部として前記加熱装置から低温リザーバまで移動させ：
ｃ）前記金属管材料部分を前記低温リザーバにおいて３秒未満の時間急冷して前記金属管材料部分の温度を２６０−５３７．７８℃（５００−１０００°Ｆ）の範囲の第１低温まで低下させ；
ｄ）前記金属管材料部分をベイナイトに変化させ；
ｅ）ベイナイトに変化した前記金属管材料部分を前記連続走行操作の一部として前記低温リザーバから取り出し；
ｆ）前記金属管材料部分を３７．７８℃（１００°Ｆ）未満の第２低温まで冷却する；
ステップを含んでなる薄肉管材料オーステンパ処理方法。
請求項１の方法であって、加熱に使用される前記加熱装置は誘導加熱装置である方法。
請求項１の方法であって、前記急冷に使用する低温リザーバは溶融塩浴である方法。
請求項１の方法であって、前記移動はローラを使用して部分的に達成される方法。
請求項１の方法であって、前記冷却を強制対流によってなす方法。
請求項１の方法であって、前記金属管材料部分は、炭素含有量が０．２５以上、０．４５以下の鋼合金を含む方法。
請求項６の方法であって、前記金属管材料部分は４１３０合金鋼を含む方法。
請求項１の方法であって、前記金属管材料部分は、オーステンタイトフェライトへの変化の開始が前記低温リザーバでの急冷の後、少なくとも０．７５秒である時間温度変形曲線を含む方法。
請求項１の方法であって、前記加熱加熱装置は炎を含む方法。
ａ）肉厚が０．６３５ｍｍ（０．２５インチ）未満の薄肉金属管材料部分を連続走行操作の一部として、リールに取り付けられたコイルから加熱装置まで延伸させ；
ｂ）前記加熱装置で前記金属管材料部分を７０４．４４−８７１．１１℃（１３００−１６００°Ｆ）の範囲の高温に加熱し；
ｃ）前記金属管材料部分を前記連続走行操作の一部として前記加熱装置から低温リザーバまで移動させ；
ｄ）前記低温リザーバにおいて前記金属管材料部分を３秒未満の時間冷却して前記金属管材料部分の温度を２６０−５３７．７８℃（５００−１０００°Ｆ）の範囲の第１低温まで低下させ；
ｅ）前記金属管材料部分をベイナイトに変化させ；
ｆ）ベイナイトに変化した前記金属管材料部分を連続走行操作の一部として前記低温リザーバから取り出し；。
ｇ）前記金属管材料部分を３７．７８℃（１００°Ｆ）未満の第２低温まで冷却する；
ステップを含んでなる薄肉コイル管材料オーステンパ処理方法
請求項１０の方法であって、前記金属管材料部分が前記第２低温に達した後に前記金属管材料部分を冷却するステップをさらに含む方法。
請求項１０の方法であって、急冷に使用される前記低温リザーバは溶融塩浴である方法。
請求項１０の方法であって、前記冷却を強制対流によって行う方法。
請求項１０の方法であって、前記薄肉金属管材料の肉厚はおよそ０．３０４８ｍｍ（０．３０４８ｍｍ（０．１２０インチ））である方法。
請求項１０の方法で生産されたオーステンパ処理された薄肉管材料。
薄肉コイル管材料をオーステンパ処理し応力を除去する方法であって：
ａ）溶接シームを有しかつ０．６３５ｍｍ（０．２５インチ）未満の肉厚を有する薄肉金属管材料部分を連続走行操作の一部として、リールに取り付けられたコイルから加熱装置まで延伸させ；
ｂ）前記加熱装置で前記金属管材料部分を７０４．４４−８７１．１１℃（１３００−１６００°Ｆ）の範囲の高温まで加熱し；
ｃ）前記金属管材料部分を前記連続走行操作の一部として前記加熱装置から低温リザーバに移動し；
ｄ）前記低温リザーバにおいて前記金属管材料部分を３秒未満の時間急冷して前記金属管材料部分の温度を２６０−５３７．７８℃（５００−１０００°Ｆ）の範囲の第１低温まで低下させ；
ｅ）前記金属管材料部分をベイナイトに変化させ；
ｆ）ベイナイトに変化した前記金属管材料部分を前記連続走行操作の一部として前記低温リザーバから取り出し；
ｇ）前記金属管材料部分を３７．７８℃（１００°Ｆ）未満の第２低温まで冷却する；
ステップを含んでなる方法。
請求項１５の方法であって、前記金属管材料部分が炭素含有量０．２５以上と、より０．４５で鋼合金を含む。
請求項１６の方法であって、前記金属管材料部分は４１３０合金鋼を含む方法。
請求項１５の方法であって、急冷に使用する前記低温リザーバは溶融塩浴である方法。
請求項１５の方法で生産したオーステンパ処理され応力が除去された薄肉溶接管材料。
ａ）連続走行操作の一部として作られたオーステンパ処理済筒状体であって、第１継目縁と、第２継目縁と、０．６３５ｍｍ（０．２５インチ）未満の厚みを有する筒状体と；
ｂ）前記第１継ぎ目縁と、前記第２継ぎ目縁を接合する応力除去済溶接継ぎ目と；
を含んでなる薄肉溶接管材料。
請求項２０の管材料であって、前記管材料は少なくとも６０．９６ｍ（２００フィート）の長さを有する管材料。
請求項２１の管材料であって、前記管材料はコイルとしてリールに巻かれている管材料。
請求項２３の管材料であって、（ｉ）モータ、（ｉｉ）行き過ぎ量瓶、（ｉｉｉ）増圧器、（ｉｖ）ランディングニップル、（ｖ）プラグキャッチャー、（ｖｉ）ケーシングスクレーパスクレーパ、（ｖｉｉ）スネークピン、（ｖｉｉｉ）ダウンホールツール、（ｉｘ）バルブのうちの少なくとも１つに取り付けられる第１端部領域を含む管材料。
請求項２４の管材料であって、ポンプに連結される第２端部領域を前記第１端部領域の反対側に有する管材料。
ａ）連続走行操作において、０．６３５ｍｍ（０．２５インチ）未満の肉厚を有する金属管材料部分を受け入れて７０４．４４−８７１．１１℃（１３００−１６００°Ｆ）の範囲の高温まで加熱する加熱装置と；
ｂ）移動する前記金属管材料部分を前記連続走行操作の一部として受け入れ３秒未満の時間急冷して前記金属管材料部分の温度を２６０−５３７．７８℃（５００−１０００°Ｆ）の範囲の第１低温まで低下させる低温リザーバと；
ｃ）前記金属管材料部分を３７．７８℃（１００°Ｆ）未満の第２低温に冷却する冷却機と；
を含んでなる薄肉管材料オーステンパ処理装置
請求項２６の装置であって、前記加熱装置は（ｉ）誘導加熱加熱装置と、（ｉｉ）炎のうちの少なくとも１つを含む装置。
請求項２８の装置であって、前記加熱装置は（ｉ）前記低温リザーバに近接した位置と、（ｉｉ）前記低温リザーバの内部の少なくとも一方に配設されている装置。