JP7102737B2 - 拡管の評価方法、拡管評価用金型 - Google Patents

Description

本発明は、拡管の評価方法、拡管評価用の金型、特にそれを構成する割型に関する。

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。

特開２００９－２２２６５２号公報

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。

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。

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に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を導出し、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。

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］）

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］）

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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）。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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、周方向の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。

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、試験装置の最大荷重を考慮して適宜選択すれば良い。

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。

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。

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。

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。

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

Claims (2)

1. 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、評価管内面と接する側の上下に突起のある突起付き割型を評価管の径方向に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を導出し、
   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。
   ここで、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
   を満たすものである。
   （但し、ａ：突起高さ［ｍｍ］、ｂ：突起幅［ｍｍ］、ｃ：割型外周下部の突起下の割型内径方向の面取り量である面取り高さ［ｍｍ］、ｄ：割型外周下部の突起下の割型高さ方向の面取り量である面取り幅［ｍｍ］、ｔ：評価管の肉厚［ｍｍ］、ｒ：突起先端半径［ｍｍ］、Ｌａ：突起間長さ［ｍｍ］）
2. 下記条件を満たすことを特徴とする請求項１に記載の拡管の評価方法に用いる拡管評価用割型。
   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：割型外周下部の突起下の割型内径方向の面取り量である面取り高さ［ｍｍ］、ｄ：割型外周下部の突起下の割型高さ方向の面取り量である面取り幅［ｍｍ］、ｔ：評価管の肉厚［ｍｍ］、ｒ：突起先端半径［ｍｍ］、Ｌａ：突起間長さ［ｍｍ］）

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