JPS6213557A - スチ−ムインジエクシヨンパイプ用鋼 - Google Patents

スチ−ムインジエクシヨンパイプ用鋼

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JPS6213557A
JPS6213557A JP15255385A JP15255385A JPS6213557A JP S6213557 A JPS6213557 A JP S6213557A JP 15255385 A JP15255385 A JP 15255385A JP 15255385 A JP15255385 A JP 15255385A JP S6213557 A JPS6213557 A JP S6213557A
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steel
hydrogen
pipe
less
double
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Application number
JP15255385A
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English (en)
Inventor
Mitsuo Kimura
光男 木村
Nobuo Totsuka
戸塚 信夫
Takao Kurisu
栗栖 孝雄
Yoichi Nakai
中井 揚一
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JFE Steel Corp
Original Assignee
Kawasaki Steel Corp
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 原油の採収方法である水蒸気攻法に用いるスチームイン
ジェクションパイプ用の鋼についてこの明細書で述べる
技術内容は、熱損失の少ない真空断熱層を有する2!!
i構造のスチームインジェクションパイプに適合する鋼
に闘する〇 原油の1次採収率は油層や原油の特性及び排油の型など
により異なるが、平均的には20〜30%程度と考えら
れている。このため1次採収後に取残される原油を採収
する2次採収技術として水攻法が開発され、この攻法に
よる採収が行われている。しかし水攻法が成功しても、
多くの場合なお原始鉱量の約50%が油層に取残されて
いるとの推定がある。これに加えて、近年は探鉱費の高
騰が著しいため、探鉱費を必要としない既存油田の残留
油(水攻法実施後のものも含めて)が改めて注目されて
いる。
そこでこの残留油の採収を行う8次採収法として、水蒸
気攻法が開発された。水蒸気攻法は水攻法と同様に水を
連続的に油層へ圧入する単純な方法であるが、地表で水
を加熱して水蒸気に転換することにより機械的エネルギ
ーに加えて熱エネルギーを油層へ送り込む点において水
攻法と異なる。
この方法の主たる効果は、熱による原油の粘性の低下に
基因する流動性の向上と、原油の容積の膨張による排油
エネルギーの増加にあるが、さらに水蒸気の凝縮から生
じた熱水による原油の置換の後に取残された油に対して
の水蒸気による原油の軽質分の蒸留作用と、この軽質分
が採収側で凝縮してミシブルドライブを行うことが特長
である。
そしてこの水蒸気攻法において水蒸気を油層内へ圧入す
る際にスチームインジェクションパイプ(以下パイプと
略す)を使用する。
地表のゼネレーターで発生した水蒸気はパイプを介して
油層へ圧入されるが、地表、圧入井の坑内及び油層の上
下の地層などにおける水蒸気の熱損失は大きく、水蒸気
攻法の最大の問題となっている。
このi損失の減少には、例えば地表のパイプに断熱材を
巻くか、地下に埋設し、圧入井坑内では圧入用チュービ
ングとケーシングのアニユラスに高圧ガスを封入するな
どの方法がある。しがしこれらの方法による充分な熱効
率の低減は期待され得ない。
一方断熱効率を向上する手段として、内管及び外管の間
に真空断熱層を有する2f!構造のパイプ(以下2重パ
イプという)が考えられる。この2重パイプのヒート党
スは、通常の単管式パイプの1/2o〜1/80程度と
少なく、水蒸気の単位当りの油回収率が向上する。
(従来の技術) ところで、2重パイプをサワーの如き腐食性環境あるい
はスイーシの如き環境にて使用すると、とくにパイプ外
管の外周面の腐食によって講中に水素が侵入後透過する
ため、パイプの断熱層の真空度が低下して断熱効率を悪
化し、油回収率の低下を招く。そこで2重パイプの断熱
層の断熱効果を保つには、調べの水素透過を防いで断熱
層の真空状態を維持すればよいが、従来耐水素透過性に
”優れた屑に関する文献は見肖らない。
(発明が解決しようとする問題点) 2重パイプの断熱効果を阻害する腐食環境下での水素透
過を抑制し得る鋼の開発を成就することを、問題点とし
て挙げられる。
(問題点を解決するための手段) 2重パイプの真空度の低下は、腐食によって鋼中に侵入
した後透過する水素に基因すること、及び鋼を透過する
水素量の抑制はある種の合金元素により著しく影響され
ることを発見し、パイ、プへ適用した。
すなわち第1の発明はO:0.10〜0.50wt%(
以下単に%と示す)、Si:0.010〜0・50%、
Hn : o、s w s、0 %、Cr 35.0 
%以下、Ni : 0.os〜8.0%、[0:LO%
以下、及びAl:0.001〜0.10%、をQr+M
o: 0.5%以上において含有し、残部は鉄及び不可
避的不純物からなるパイプ用鋼である。
また第2の発明は、上記第1の発明、の成分にささに、
v : 0.GOl 〜o*151 Ti : o、o
ox No、i%5Bib : 0.001〜0.1%
、B : 0.0005〜0.005算、及びCu :
 0.05〜0.6%のうちから選ばれた1種又は2種
以上を含有したパイプ用鋼である◎同様に第8の発明は
、上記第1の発明の成分にさらに、Ca : 0.00
1〜0.006% 全含有したパイプ用鋼である。
さらに第4の発明は、上記第1の発明の成分に上記第2
の発明及び第8の発明の成分をともに含有したパイプ用
鋼である。
さて次にこの発明による鋼の耐水素透過性の向上を明ら
かにするための実験について述べる。
まず表1に示す成分の50に9鋼塊をそれぞれ溶製し、
通常の熱間圧延により板厚5−まで圧延して供試鋼とし
た。供試鋼のうち比較#I41及び発明鋼δを用いて、
第1図に示す試験用パイプ1をそれぞれの鋼ごとに作製
し、外管2と内管8との間の断熱層4に真空ポンプ器を
連結し、真空ポンプ器によって断熱層4内を20 TC
rrまで減圧した。
この試験用パイプlを、Nム01c試験液(硫化水素飽
和水溶液、0.5%酢酸+5%食塩水)中2週間浸漬し
ながら断熱層4の圧力変化を圧力計6を用いて測定した
結果を、第2図に示す。発明鋼8は試験開始から8日後
に圧力が約40 Torrになるが、その後の圧力変化
はみられない〇一方比較illでは圧力は上昇を続けて
lO日1に200 TCrrを超え、さらに上昇してい
る。
なお上記の発明鋼は、例えば転炉から出銑後、所定の合
金成分を添加して成分調整を行うことにより得られる。
さらにインゴットから分塊圧延を行うか、又は連続鋳造
によって鋼片を得る。又パイプの製造は、通常の造管方
法、例えばプラグミル方式、マンドレルミル方式等によ
り行う。
また表1の組成になる各供試鋼を、第8図に示すl 5
 Qfi×l 5 Qllmlで板厚8錫の試験片に加
工し、第4図に示す水素透過装置によって被験部(62
■径の円)での水素透過速度を測定した。但し、発明鋼
7〜11.14及び15と比較鋼12及び13は、圧延
後660°C180分の焼なまし処理を行った後加工し
た。なお第4図の水素透過装置において、7は試験液循
環槽、8はカソードセル、9は液循環ポンプ、10は微
小電位計、11は記録計、12は試験片、13はアノー
ドセル、14は白金対極、15は微小直流電流計、16
は記録計、及び17は定電位電解装置である。
各供試鋼の評価方法は、水素透過装置のカソードセル2
中にNAOE試験液を注入し、試験片のカソード側表面
から水素を鋼中に侵入させ、アノードセル側で鋼中を透
過してきた水素を水素イオンに変換し、このイオン化電
流を測定することによって水素の透過量を測定した。
この水素透過量は第5図に比較鋼1及び発明鋼8で代表
させて示すように、電流値の変化とじて測定でき、この
電流値が小さい材料はど耐水素透過性に優れた材料であ
る。この電流値の定常値(J−)と、パイプとして使用
したときの断熱効率との関係を調査した結果、’Too
の値が0.5mA以下であれば断熱効率の低下を20%
以下に抑えられζパイプとしての使用に適することを見
出した。
表2に各鋼材の機械的性質及び水素透過装置の結果を示
す0表から明らかなように、発明wi8〜6及び9〜1
5はいずれもJ、が0.5mA以下と優れた耐水素透過
性を示しているが、比較謳では充分な耐水素透過性は得
られていない。これは比較IllはN1の添加が不十分
であり、比較I12はCrの添加がなくてCr+Moの
量が充分でなく、比較鋼I2はNi 、 Cr及びMo
のいずれの添加もなく、比較鋼18はMoの添加量が少
なくてCr+Moの量が充分でないため、満足な耐水素
透過性を得られない。
表  2 以上の実験結果から、l(1、Cr及びMoの複合添加
による耐水素透過性の向上は明らかである0なおこの発
明の効果は添加元素の化学的作用に起因するものであり
、熱処理1加工等の処理後にも有効である。
(作 用) 次に1鋼の成分範囲を限定した理由を述べる。
0 : 0.10 NO,50% 0は強度を増大させる元素であるが10・10%未満で
はパイプとしての必要強度を得られず1またo、sos
を超すとじん性を損なって焼割れを起こすため、0.1
0〜0.50%の範囲に限定したO81諺0.010〜
O,S O% Slは脱酸上必要な元素であるが、0.010%未満で
は脱酸効果がなく、0.50%を超すとじん性劣化のお
それがあるため、0.010−0.50%の範囲に限定
した。
Mn : 0.B Nm、0% Mnは強度を増大する元素であり、0.2%未満では必
要強度を確保できず、2.0%を超えるとじん性を損う
ので、0.2〜2.0%の範囲とした。
Ni:0.05〜8.0% Hlはじん性、熱間加工性及び耐食性を向上するととも
に、鋼中への水素侵入を著しく低下する効果があり、o
、oi%未満ではこの効果が小さく、2.0%を超える
と鋼中への水素侵入を低下する効果は含有量に比例して
は大きくならないため、上限はg、0%とした。
Cr : 5.0%以下、 No : LO%以下、かつ Qr+Mo: O*51以上 CrとMoは耐食性、じん性向上に効果があるとともに
、鋼中への水素侵入を低減する。とくにH,S又は00
. w4境においてMlと相乗的作用を有し、著しく鋼
中への水素侵入を低減する効果がある@そしてCrは5
.0%を超えるとじん性が劣化するため、上限を6.0
%とし、同様にMoの上限は2.0%とした。さらにC
r十Moの量が0.5%未満では鋼中への水素侵入を低
減する効果は少なく1N1との相乗効果も少なくなるた
め、下限を0.5%とした。
Al:0.Go1〜0.1θ% ムlは脱酸上必要であるが、0.0O1%未満では結晶
粒の粗大化を招き、0.10%を超えるとじん性が劣化
するため、0.001〜0・10%の範囲に限定した。
以上の添加元素が、この発明の基本組成である0上記基
本組成の他に、さらにV 、 Ti 、 Nb 、 B
及びOuのうちから選ばれる1種又は2種を限定量含有
してもよい。これらの元素は鋼の強度向上に同等の作用
、効果があり、その限定理由は次の通りである。
V ! 0.001〜0.15% Vは強度の向上に効果があるが、0.001%未満では
その効果に乏しく、o−15を超えるとじん性を劣化す
るため、0.001−0.15%の範囲に限定した◎ Ti:0.001〜0.1% T1はVと同様の効果があり、また同様の理由から0.
00X〜0.1%に限定する。
Nb:0.001〜0.1% HbもVと同様の効果があり、また同様の理由から0.
001〜0.1%の範囲とする。
B : 0.0005〜0.005% Bは強度を向上するのに有効であるが、0−0006%
未満ではその効果が少なく、0.005%を超える添加
はじん性を劣化するため、Q、QO05〜0.005%
の範囲に限定した0 0u : 0.05〜0.6% Ouは強度向上に効果があり、0.05%未満で、は効
果が少なく、0.6%を超えると耐熱間割れ性が劣化す
るため、0.05〜0.6%の範囲とした。なおOuは
I))15以上の比較的腐食性の弱い環境中では耐水素
透過性を向上する効果もある。
また上記基本組成に、Caを添加して耐水素透過性及び
耐ブリスター性をさらに向上することができる。(3a
の添加量とその限定理由は次の通りである。
Ca : Q、001〜0.006% Caの効果は0.001%未満では少なく、また0、0
06%を超えると耐ブリスター性をかえって劣化するた
め、0.001〜o、ooa%の範囲に限定した0 (発明の効果) この発明によれば、腐食環境下においても耐水素透過性
に優れたパイプ用銅を提供でき1この鋼をとくに2重パ
イプに用いれば断熱性の良好な、<イブとなり、水蒸気
攻法における油回収率を高められる。
【図面の簡単な説明】
第1図は2重パイプを示す断面図、 第2図は断熱層内の圧力変化を示すグラフ、第8図は水
素透過試験片の説明図、 第4図は水素透過試験装置の説明図、 第6図は水素のイオン化電流の測定値を示すグラフであ
る。 第3図 第4図 手  続  補  正  書 昭和60年 9月14日 特許庁長官  宇  賀  道  部  殿1、事件の
表示 昭和60年特許願第152553号 2、発明の名称 耐水素透過性に優れた断熱2重管用鋼 3、補正をする者 事件との関係  特許出願人 名称(125)川崎製鉄株式会社 4、代理人 5、補正の対象 明細書の「発明の名称」、「特許請求の範囲」、1、 
明細書の特許請求の範囲を次の通りに訂正する。 「2、特許請求の範囲 1、  c:o、1o〜0.50wt%、Si : 0
.010〜0.50wt%、Mn : 0.2〜2.0
ht%、 Cr : 5.0wt%以下、 Nf : 0.05〜3.0鍔L%、 Mo : 2.0wt%以下、及び A ffi :O,OO1〜0.10wt%をCr+M
o : 0.5wt%以上において含有し、残部は鉄及
び不可避的不純物からなる耐水素透過性に優れた断熱2
重管用鋼。 2、  C: 0.10〜0.50wt%、Si : 
0.010 =0.50wt%、Mn : 0.2〜2
.0wt%、 Cr : 5.0syt%以下、 Ni : 0.05〜3.0wt%、 No ! 2.Oht%以下、及び A # :O,OO1〜0.10wt%をCr+Mo 
: 0.5匈t%以上において含み、さらに、 V : 0.001〜0.15wL%、Ti : 0.
001〜0.1−t%、Nb : 0.001〜0.1
wt%、B : 0.0005〜0.005wt%、及
びCu : 0.05〜0.6wt%のうちから選ばれ
た1種又は2種以上を含有し、残部は鉄及び不可避的不
純物からなる耐水素透過性に優れた断熱2重管用鋼。 3、  C: 0.10〜0.50wt%、St : 
0.010〜0.50賀L%、Mn : 0.2〜2.
0wt%、 Cr : 5.0讐t%以下、 Ni : 0.05〜3.0wt%、 Mo : 2.0wt%以下、及び A l :O,OO1〜0.10wt%をCr+Mo:
0.5wt%以上において含み、さらに、 Ca : 0.001〜0.006wt%、を含有し、
残部は鉄及び不可避的不純物からなる耐水素透過性に優
れた断熱2重管用鋼。 4、  c:o、to〜0.50wt%、St : 0
.010〜0 、50w t%、Mn : 0.2〜2
.0wt%、 Cr : 5.0wt%以下、 Ni : 0.05〜3.0wt%、 Mo : 2.0wt%以下、及び ^z :0.001〜0.10wt% をCr+Mo:0.5wt%以上において含み、さらに
、 V : 0.001〜0.15wt%、Ti : 0.
001〜0.11%、Nb : 0.001−0.1w
t%、B : 0.0005〜0.005wt%、Cu
 : 0.05〜0.6wt%のうちから選ばれた1種
又は2種以上及び Ca : 0.001〜0.006wt%を含有し、残
部は鉄及び不可避的不純物からなる耐水素透過性に優れ
た断熱2重管用鋼。」 2、 明細書第1頁第2行目の発明の名称を次のとおり
に訂正する。 「耐水素透過性に優れた断熱2重管用鋼」3、 同第3
頁20行目〜第4頁第4行目の「原油の−に関する。」
を次のとおり訂正する。 「原油採収法の水蒸気攻法に用いるスチームインジェク
ションパイプ又は原油の輸送管などに適した真空断熱空
間を内管と外管との間に形成した断熱2重管用の鋼に関
してこの明細書では、真空断熱効果の維持に必要な優れ
た耐水素透過性を有する鋼の開発研究の成果について述
べる。」4、同第6頁第3行目〜第7頁第2行目の「一
方・−・挙げられる」を次のとおりに訂正する。 「この断熱効率を向上する手段として、内管および外管
の間に真空断熱空間を形成した2重管構造のスチームイ
ンジェクションパイプは有用である。この場合のヒート
ロスは通常の単管式スチームインジェクションパイプの
1/20〜1/30程度と少なく、従って水蒸気の単位
重量当りの油回収率が向上するからである。 ところがサワーの如き腐食性環境、またスィートの如き
環境でも、使用を継続すると、とくに内管の内周面ある
いは外管の外周面の腐食によって鋼中に水素が侵入し、
さらに透過して真空度が低下し、断熱効率を悪化し、や
がて上記油回収率の低下を招く。 一方原油の輸送に際しては、原油を加熱してその粘度を
下げ、管路輸送に適した状態とするが、このような原油
やヘビーオイル(高パラフィンオイル)の輸送にも断熱
効率の面で同様な2重管が有用である。 この場合、と(に輸送流体と接触する内管の内周面の腐
食によって鋼中に水素が侵入し、さらに透過して真空度
の低下による断熱効率の劣化が問題になる。 断熱2重管は、1掲の用途以外にも、液体酸素の如き寒
冷流体の管路輸送のばか逆に寒冷地域での凍結性流体輸
送や、凍土対策、さらには地熱用ウェルなどに適合し、
同様に真空度の維持が断熱のために必要である。 (従来の技術) 水素の透過を防いで断熱層の真空状態を維持するように
寄与すべく、耐水素透過性を鋼に付与すること、またそ
のような物性を具備した鋼材に関する文献は見当たらな
い。 (発明が解決しようとする問題点) 2重管の断熱効果を阻害するおそれのあるたとえば腐食
環境、とくにH,Sを含むサワー環境も含めて腐食に起
因した鋼中への水素の侵入、ひいては真空断熱空間への
水素透過を抑制し、それによる断熱効率の低下を回避し
得る断熱2重管用鋼を提案することが、この発明の目的
である。」 5、同第7頁第4行目の「2重パイプ」および同頁第7
行目の「パイプ」を、それぞれ「断熱2重管」に訂正す
る。 6、 同第7頁第14行目、同頁第6行目、第8頁第2
行目〜第3行目および同頁第6行目の「パイプ用鋼」を
、それぞれ「断熱2重管用鋼」に訂正する。 7、 同第18頁第5行目〜第9行目の「この発明−・
られる、」を次のとおりに訂正する。 「この発明による断熱2重管用鋼は、腐食環境下におい
ても耐水素透過性に優れているので、水素透過に由来す
る断熱効率の低下が少なく、したがって長期使用でも断
熱効率の維持を図れる。」

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、C:0.10〜0.50wt%、 Si:0.010〜0.50wt%、 Mn:0.2〜2.0wt%、 Cr:5.0wt%以下、 Ni:0.05〜3.0wt%、 Mo:2.0wt%以下、及び Al:0.001〜0.10wt% をCr+Mo:0.5wt%以上において含有し、残部
    は鉄及び不可避的不純物からなるスチームインジェクシ
    ョンパイプ用鋼。 2、C:0.10〜0.50wt%、 Si:0.010〜0.50wt%、 Mn:0.2〜2.0wt%、 Cr:5.0wt%以下、 Ni:0.05〜3.0wt%、 Mo:2.0wt%以下、及び Al:0.001〜0.10wt% をCr+Mo:0.5wt%以上において含み、さらに
    、 V:0.001〜0.15wt%、Ti:0.001〜
    0.1wt%、Nb:0.001〜0.1wt%、B:
    0.0005〜0.005wt%、及びCu:0.05
    〜0.6wt%のうちから選ばれた1種又は2種以上を
    含有し、残部は鉄及び不可避的不純物からなるスチーム
    インジェクションパイプ用鋼。 3、C:0.10〜0.50wt%、 Si:0.010〜0.50wt%、 Mn:0.2〜2.0wt%、 Cr:5.0wt%以下、 Ni:0.05〜8.0wt%、 Mo:2.0wt%以下、及び Al:0.001〜0.10wt%、 をCr+Mo:0.5wt%以上において含み、さらに
    、 Ca:0.001〜0.006wt% を含有し、残部は鉄及び不可避的不純物からなるスチー
    ムインジェクションパイプ用鋼。 C:0.10〜0.50wt%、 Si:0.010〜0.50wt%、 Mn:0.2〜2.0wt%、 Cr:5.0wt%以下、 Ni:0.05〜3.0wt% Mo:2.0wt%以下、及び Al:0.001〜0.10wt% をCr+Mo:0.5wt%以上において含み、さらに
    、 V:0.001〜0.15wt%、Ti:0.001〜
    0.1wt%、Nb:0.001〜0.1wt%、B:
    0.0005〜0.005wt%、Cu:0.05〜0
    .6wt%のうちから選ばれた1種又は2種以上及び Ca:0.001〜0.006wt% を含有し、残部は鉄及び不可避的不純物からなるスチー
    ムインジェクションパイプ用鋼。
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