JP7102738B2 - 拡管の評価方法、拡管評価用金型、拡管用評価管 - 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、拡管用評価管に関する。

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。また、ユーザーの安全意識の変化から、油井管を製造工場から油井現場まで運搬する間に発生する可能性がある外面疵、油井への管挿入時に地盤内の硬質・鋭利な岩石等で油井管外面に疵が入ることを想定した拡管評価も実施されることがある。この場合、管外面に機械加工で人工欠陥を設けてフルスケール拡管試験する。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小さな評価管に人工欠陥を設けた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、評価管を用いて疵を備え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、人工欠陥を備えた評価管内に配置された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割型を押し出すことにより拡管した評価管を形成し、拡管された評価管の人工欠陥周り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、４．０≦Ｒ／ｔ≦１２．０、０．０５≦μ≦０．１５、を満たすものであり、評価管は、３．０≦Ｌ／ｔ≦３０．０、０．１≦ｌ／Ｌ≦０．５を満たすものであることが好ましい。（但し、Ｒ：割型面半径［ｍｍ］、ｔ：評価管の肉厚［ｍｍ］、μ：割型表面の摩擦係数、Ｌ：評価管長さ［ｍｍ］、ｌ：人工欠陥長さ［ｍｍ］）

また、下記条件を満たす拡管評価用割型とする。
４．０≦Ｒ／ｔ≦１２．０、０．０５≦μ≦０．１５（但し、Ｒ：割型面半径［ｍｍ］、ｔ：評価管の肉厚［ｍｍ］、μ：割型表面の摩擦係数）

また、下記条件を満たす拡管用評価管とする。
３．０≦Ｌ／ｔ≦３０．０、０．１≦ｌ／Ｌ≦０．５（但し、Ｌ：評価管長さ［ｍｍ］、ｔ：評価管の肉厚［ｍｍ］、ｌ：人工欠陥長さ［ｍｍ］）

本発明を用いると、評価管を用いて疵を備えた拡管の簡易評価を行えるようにすることができる。

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、最上部には拡管前の状態が示され、下側に向かうに従って拡管される状態が順に示されている。 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。 直線状の溝である疵を備えた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、人工欠陥５を備えた評価管４内に配置された割型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を移動させて割型２を押し出すことにより拡管した評価管４を形成し、拡管された評価管４の人工欠陥５周り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、評価管４を用いて疵を備えた拡管の簡易評価を行えるようにすることができる。

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４に示すことから理解されるように、この評価方法では、作為的な疵である人工欠陥５を設けた評価管４を用いて拡管させるものである。フルスケール拡管６は、運搬時や据え付け時などに何らかの理由で拡管に疵が生じる場合もあり得る。フルスケール拡管６としては、疵を有する状態の方が、拡管に際して障害となりやすいため、疵を備えていない状態よりも、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。

実施形態の割型２は、曲面が評価管４の内周側に当接するよう、断面視円弧状の面を備えている。評価管４の中でも人工欠陥５の設けられた部位は、人工欠陥５の周りの部位よりも、厚みが薄くなっているが、この割型２は薄くなった部位の内側から押し出すように用いられる。

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。

本発明では、割型２が重要な役割を担うが、割型２を鋭意検討することにより、好ましい条件があることが分かった。それは、４．０≦Ｒ／ｔ≦１２．０、０．０５≦μ≦０．１５（但し、Ｒ：割型面半径［ｍｍ］、ｔ：評価管の肉厚［ｍｍ］、μ：割型表面の摩擦係数）の条件を満たすことである（図２参照）。

４．０≦Ｒ／ｔ≦１２．０が好ましい理由は以下の通りである。すなわち、割型２の面半径を評価管４の肉厚で割った値であるＲ／ｔが４．０未満の場合、割型２が評価管４の軸方向を拘束する力が過大となり、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、Ｒ／ｔが１２．０を超える場合、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。

０．０５≦μ≦０．１５が好ましい理由は以下の通りである。すなわち、割型２の表面の摩擦係数であるμが０．０５未満の場合、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、μが０．１５を超える場合、割型２が評価管４の軸方向を拘束する力が過大となり、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、本発明では、評価管４に設ける人工欠陥５が重要な役割を担うが、人工欠陥５を鋭意検討することにより、好ましい条件があることが分かった。それは、３．０≦Ｌ／ｔ≦３０．０、０．１≦ｌ／Ｌ≦０．５（但し、Ｌ：評価管長さ［ｍｍ］、ｔ：評価管の肉厚［ｍｍ］、ｌ：人工欠陥長さ［ｍｍ］）の条件を満たすことである（図２参照）。

３．０≦Ｌ／ｔ≦３０．０が好ましい理由は以下の通りである。すなわち、評価管４の長さを評価管４の肉厚で割った値であるＬ／ｔが３．０未満の場合、負荷時の応力分布がフルスケール拡管６のそれと異なり、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、Ｌ／ｔが３０．０を超える場合、割型２が評価管４の軸方向を拘束する力が過大となり、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。

０．１≦ｌ／Ｌ≦０．５が好ましい理由は以下の通りである。すなわち、人工欠陥５の長さを評価管４の長さで割った値であるｌ／Ｌが０．１未満の場合、割型２が評価管４の軸方向を拘束する力が過大となり、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、ｌ／Ｌが０．５を超える場合、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により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４に示すように、人工欠陥５の長手中央付近に設けた凹部の角部である。

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２５．０ｍｍ～６１０．０ｍｍとなる評価管４を用いて実験を行った。また、直線状の溝として設けた人工欠陥５の長さや割型２の摩擦係数などの条件を変えて、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。この結果を表１に示す。

本発明の評価法を用いれば、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、良否を判断することで、フルスケール拡管６の評価をすることができる。

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
５ 人工欠陥
６ フルスケール拡管
７ フレア拡管
６１ 拡管プラグ
７１ 金型

Claims (3)

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、
   人工欠陥を備えた評価管内に配置された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割型を押し出すことにより拡管した評価管を形成し、
   拡管された評価管の人工欠陥周り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、
   割型は評価管の内周側に当接可能な断面視円弧状の曲面を備えるものであり、かつ、
   ４．０≦Ｒ／ｔ≦１２．０
   ０．０５≦μ≦０．１５
   を満たすものであり、
   評価管はその周りの部位よりも厚みが薄くなるように直線状の溝として設けた溝状の人工欠陥を備え、かつ、
   ３．０≦Ｌ／ｔ≦３０．０
   ０．１≦ｌ／Ｌ≦０．５
   を満たすものである。
   （但し、Ｒ：割型面半径［ｍｍ］、ｔ：評価管の肉厚［ｍｍ］、μ：割型表面の摩擦係数、Ｌ：評価管長さ［ｍｍ］、ｌ：人工欠陥長さ［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。
   ４．０≦Ｒ／ｔ≦１２．０
   ０．０５≦μ≦０．１５
   （但し、Ｒ：割型面半径［ｍｍ］、ｔ：評価管の肉厚［ｍｍ］、μ：割型表面の摩擦係数）
3. 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用評価管。
   ３．０≦Ｌ／ｔ≦３０．０
   ０．１≦ｌ／Ｌ≦０．５
   （但し、Ｌ：評価管長さ［ｍｍ］、ｔ：評価管の肉厚［ｍｍ］、ｌ：人工欠陥長さ［ｍｍ］）

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