JPS6230855A - パ−フオレ−テイング・ガン用鋼 - Google Patents

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〉 この発明は１石油採取や天然ガス採取の一工程であるパ
ー７才レーティング作業に用いられるところの、“・ξ
−７オレーシヨン性”に優れたパーフォレーティング・
ガン用鋼に関するものである。

〈従来技術並びにその問題点〉 一般に１石油や天然ガスの採取では、第１図に示される
如く、掘削した油井或いはガス井にケーシング１を敷設
し、これをセメンティング（セメントによる固定）した
後、油層２やガス層から油又はガスを井戸内へ流入させ
るべく１更に前記油層２やガス層に位置するケーシング
１とセメント・層３とに多数の孔をあける作業が行われ
る。なお。

第１図において符号４で示されるものは掘削やぐらであ
る。

このように１”パーフォレーティング作業″′と呼ばれ
る前記孔あけ作業は１石油や天然カス採取作業において
省略することができない重要な一工程となっており１以
前は、第２図で示されるような、薬莢５に火薬６を詰め
て円錐形の銅製ライナー７で密封したパーフォレータ８
の複数個を、第３図で示される如く”パーフォレーティ
ング・ガン″と呼ばれる（キャリア・ガン・チュービン
グとも称される）鋼製筒状体９にねじ込み装着した後、
このパーフォレーティング・ガン９を第４図のようにり
゛−シング１内に吊り下げてパーフォレータの着火を行
い、それに伴い生じるジェットによって孔をあけると言
う手段が採用されていた。

なお、第４図において符号１０はジェット流を示してい
る。

そして、ここで使用されるノξ−フオレーテイング・ガ
ン９ば、作業終了の後地上に引き上げられて新しいパー
フォレータが装着され、再使用がなされるタイプのもの
であった。

しかしながら、この従来タイプのパーフォレーティング
・ガンは、パーフォレータ８が外側面に露出して取り付
けられるため、湿気や井戸深層部での高温によって該／
ぐ一７オレータの不発や誤着火を呼び起こしやすく、必
ずしも円滑・確実なパーフォレーティング作業を確保で
きないとの問題を有するものであった。

そこで、近年、上記問題を解決するため、第５図に示さ
れる如く外面にスキャロツプ（くぼみ）１１をつけてそ
の部分の内側（てパーフォレータ８を装着し、・ぐ−フ
オレーテイング作業時にはパーフォレーティング・ガン
９の前記スキャロツプ部諸共にケーシング及びセメント
層の孔あけを行うと言う新しいタイプのパーフォレーテ
ィング・ガンが開発され、これを使用したパー７オレー
テインダ作業が急増の気配をみせてきた。そして、この
新しいタイプのパーフォレーティング・ガンは使い捨て
のものであり、井戸底に投棄されることが多かった。な
お、第５図（ａ）はノ２−フオレーテイング・ガンの要
部縦断面図であシ、第５図（ｂ）はその要部横断面図で
ちる。

ところが、この新しいタイプのパーフォレーティング・
ガンは、上述のように、使用に際して・Ｓ−フオレーテ
イング・ガンそのものも穿孔されるためその材質の゛パ
ー７オレー７ヨン性”が大きな問題として注目されるこ
ととなったのである。

即ち、パーフォレータによる着火・穿孔の際に１）１記
スキャロツプ部以外の部分にクラックを生じたり、破裂
を起したりすれば、ケーシングの内面にパーフォレーテ
ィング・ガンが引っ掛かってし１い、該パーフォレーテ
ィング・ガンを井戸から引き上げたり、或いは井戸底へ
投棄したりすることができなくなるからである。

ここで、パーツオレーティング・ガン構成素材の“・ξ
−フオレーション性″とは、火薬（・ξ−７オレータ）
を用いてパー７オレーテイング作業ヲ行う際に°”破裂
やクラックを生じない特性″ばかりでなく、孔の周りの
”かえり”が外側に突出することのない゛きれいな穿孔
を確保する特性″をも含めた意味として使用されている
用語である。

従って、現在では１上記新しいタイプのパーフォレーテ
ィング・ガン用鋼としてＡＩ　Ｓ　Ｉ　４１３０鋼やＡ
ｌ５Ｉ４１４０鋼等のクロムモリブデン鋼が使用されて
いるが、このような材質であってもなお、パーフォレー
ティング作業時に１時として前記″クラック”や°゛破
裂等の・ξ−フォレーション性不十分に起因する問題が
生じるのを避は得なかったのである。

〈問題点を解決するための手段〉 本発明者等は、上述のような現状に鑑み、石油や天然ガ
ス等の採掘に当っ゛て実施されるパー７才レーティング
作業の際パーフォレーティング・ガンに生じがちなりラ
ックや破裂は、スキャロップのデザインもさることなが
らパーフォレーティング・ガン自体の材質に負うところ
が最も大きいとの観点から、より一層パーフォレーショ
ン性に優れたパーフォレーティング・ガン用鋼を提供す
べく種々研究を重ねた結果。

特定成分組成の鋼にＺｒを微量添加するとその・Ｓ−フ
オレーション性が著しく改善され、パークオレージョン
性に極めて優れたパーフォレーティング・ガン用鋼が得
られる。

との知見を得るに至ったのである。

この発明は、上記知見に基づいてなされたものであり。

パー７オレーテイ／グ・ガン用６１１ Ｃ：０．２０〜０．５０チ（以下、成分割合を表わすチ
は重量％とする）１ Ｓｉ：０．０５〜０．７５％１ Ｍｎ：　０．３０〜１．８０％。

Ｃｒ：０７５０〜１．５０％。

Ｍｏ又はＷのうちの１種以上： Ｍｏ−１−１／２　Ｗで０．１０〜０．５０％。

Ｚｒ：　０．０１〜０．１０％。

へｌ：０．００５〜０．１００％ を含有するとともに１更に Ｃ１ｌ：　０．５０％以下。

Ｎｉ：ｏ、５ｏ％以下、 Ｖ：０．Ｏ２Ｎ２．１０チ。

Ｎｂ：０．００５〜０１００チ、 Ｔｉ：０．００５〜０．１００チ。

Ｂ　：　０．０００３〜０．００５０％の１種以上をも
含み。

Ｆｅ及び不可避的不純物：残り から成るとともに１不純物中のＰ及びＳがそれぞれ、 Ｐ：０．０２５％以下。

Ｓ：０．Ｏ１５チ以下 である成分組成とすることにより、パーフォレーティン
グ・ガン用鋼としての必要特性を兼備することはもちろ
ん、特に格段に向上したパーフォレーション性を有せし
めた点。

を特徴とするものである。

次いで、この発明のパーフォレーティング・ガン用鋼に
おいて、化学成分組成範囲を上記の如くに数値限定した
理由を説明する。

（ａ）　　Ｃ Ｃは鋼の強度を向上するために有効な成分であるが、そ
の含有量が０．２０％未満ではパーフォレーティング・
ガンに要求される強度を確保するのに多重の合金元素添
加が必要となって経済的不利を招き、一方０．５０％を
越えて含有させるとパーフォレーション性の劣化を招く
ことから、Ｃ含有量は０．２０〜０５０チと定めた。

（ｂｌ　　５ｉ Ｓｌは鋼の脱酸上必要な成分であるが、その含有量が０
．０５％未満では十分な脱酸効果を得ることができず、
一方０．７５％を越えて含有させると）ξ−フォレーシ
ョン性の劣化を招く恐れがあることから、　Ｓｉ含有量
は０．０５−　０．７５％と定めた。

（ｃ）　　Ｍｎ Ｍｎは鋼の焼入性並びに強度・靭性を向上させるのに有
効な成分であるが、その含有量が０．３０％未満では上
記特性向上効果が小さく、一方１．８０チを越えて含有
させると鋳造時に著しい偏析帯を形成して靭性及びパー
フォレーション性を劣化させることから、　Ｍｎ含有１
は０，３０〜１．８０　％と定めた。

（ｄ）　　Ｃｒ Ｃｒは耐食性向上並びに強度・靭性を向上させるのに有
効な成分であるが、その含有量が０．５０％未満では上
記特性向上作用に所望の効果を得ることができず１一方
１．５０％を越えて含有させると加工性に悪影響を与え
ることから、　Ｃｒ含有量は０．５０〜１．５０％と定
めた。

（ｅ）　　Ｍｏ、及びＷ Ｍｏ成分及びＷ成分は、いずれも鋼の焼入れ性１強度、
靭性並びに耐食性を向上させる作用を有しているので、
これらのうちのいずれか一方又は双方が添加されるもの
であるが、その含有量が（Ｍ。

＋１／２Ｗ）の値で０．１０４未満では上記作用に所望
の効果が得られない。他方、　Ｍｏ及びＷはいずれも高
価な合金元素であるので、経済的な理由からそなお、Ｍ
ｏ及びＷの含有量に関して（Ｍｏ　＋　１／２　Ｗ）な
る値で規定するのは、ＷがＭｏに対して原子量が約２倍
で、上記した効果の点ではＭｏの約半分となるからであ
る。

（ｆ）　　Ｚｒ Ｚｒはこの発明において極めて重要な成分であり。

鋼のパーフォレーション性を著しく改善する作用を有し
ている。しかしながら、その含有量が００１チ未満では
前記作用に所望の効果が得られず、一方、０．１０％を
越えて含有させてもその効果が飽和し、より以上のパー
フォレーション性向上効果が得られないことから、　Ｚ
ｒ含有量は０．０１〜０．１０チと定めた。

（ｇ）　　ｆｉｌ。

Ｍは、鋼の脱酸の安定化、材質の均質化並びに細粒化を
図るのに有効な成分であるが、その含有量がＯ，ＯＯ５
％未満では所望の効果が得られず１一方０．　ｌ　Ｏ０
％を越えて含有させてもその効果は飽和してしまう。ま
たＡｔ含有量を多くすると鋼中招く。従って、ＡＱ含有
量ばＯ，ＯＯ５〜０．１００チと定めた。

（ｈｌ　　Ｃｕ、及びＮ１ これらの成分には鋼のパーフォレーション性を改善させ
る作用があるので必要に応じて１種以上添加するのが好
ましい。中でも、　Ｃｕは鋼の耐食性を向上させる作用
をも有しているが、０５０％を越えて含有させると熱間
加工性の劣化をもたらす。

一方、　Ｎｉは高価な元素であるので０．５０チを越え
て含有させることは得策でない。以上の理由から、Ｃｕ
含有量を０５０％以下、　Ｎｉ含有量を０．５０％以下
とそれぞれ定めた。

なお、Ｃ１」を添加する場合には、熱間加工性を向上さ
せる目的で同じ程度の量のＮ１を同時に含有させるのが
好ましい。

（ｉ）　　Ｖ、Ｎｂ、Ｔｉ、及びＢ これらの成分は１いずれも鋼の強度を向上させる作用を
有しているので必要に応じて１種以上添加するのが好ま
しいものであるが、以下、各成分毎に含有量の限定理由
を、その他の不随的な作用をも含めて詳述する。

■　Ｖ ■は鋼の焼入れ性を高め、結晶粒を微細にして強度と靭
性を高める作用を有しているが、その含有量がＯ，０１
１未満では前記作用に所望の効果が得られず、一方０．
１０％を越えて含有させると靭性の劣化を招くようにな
ることから、■の含有量は００１〜０．１０％と定めた
。

■　Ｎｂ Ｎｂは結晶粒を微細にして鋼の強度と靭性を向上させる
作用を有しているが１その含有量が０００５％未満では
前記作用に所望の効果が得られず、一方０．１００％を
越えて含有させると却って靭性を劣化させる場合がある
ので、ｈｒｂ含有量はＯ，ＯＯ５〜０１００％と定めた
。

■Ｔｌ Ｔｉは鋼の強度並びに耐食性を向上させる作用を有して
いるが、その含有量が０．００５％未満では前記作用に
所望の効果が得られず、一方。

Ｏ２Ｏ３チを越えて含有させると靭性劣化を招くように
なることから、Ｔｌ含有量ばＯ，ＯＯ５〜０１００％と
定めた。

［株］　Ｂ Ｂは焼入れ性の改善を通じて鋼の強度を向上させる効果
を有しているが、その含有量が００００３％未満では前
記作用に所望の効果が得られず、一方０．　ＯＯ５０％
を越えて含有させると靭性劣化を招くことから、Ｓ含有
量はＯ，ＯＯＯ３〜０．００５０％と定めた。

（ｊ）Ｐ、及びＳ 鋼の組織を均質にしてパーフォレーション性を向上させ
るためには、不純物であるＰ及びＳの含有量を可及的に
少なくするのが望ましいが、鋼の製造コストとのバラン
スを考慮して、Ｐ及びＳ含有量の上限をそれぞれ０．０
２５％及び０．０１５チと定めた。

以上に説明したような成９分組成の鋼は、転炉又は電気
炉等で溶製され、連続鋳造の後、又は造塊後に分塊され
てから熱間圧延にて継目無鋼管に加工される。続いて、
更に冷間抽伸等の加工上受けることによって寸法公差を
小さクシ、焼入れ・焼戻しの熱処理１矯正加工、スキャ
ロップ加工、応力除去焼鈍等の工程を経てパー７オレー
テイングガンに成形される。

次に、この発明を実施例により比較例と対比しながら説
明するが、これら実施例はこの発明の単なる例示に過ぎ
々いものであり、この発明自体を同等制限するものでな
いことは言うまでもない。

〈実施例〉 まず、第１表に示される如き化学成分組成の鋼１〜３６
を溶製した。

次いで、これらの鋼から通常の方法によって外径：１２
７ｍφ、肉厚：１２．７ｍｍで、引張強さが約１００ｋ
ｇｆ／ｕ２のレベルにあるパーフォレーションガ・ガン
素材を作成し、パーフォレーション性を調査した。

この調査結果を第２表に示す。

なお、パーフォレーション性の評価は、上記／′Ｓ−フ
オレーテイング・ガン素材から第６図に示すような寸法
及び配置でスキャロツゾ加工を施した第　　　　　２ Ｘ・・・仮象。

試、験片を切り出し、スキャロツプ１１の部分の内側に
同−火薬量の・ξ−７オレ・−夕８を装着した後同時に
発火させ、生じた孔の状況、クラックの発生状況、並び
に破裂の有無を調査することにより行った。ここで、第
２表に表示した「総火薬量が１１４ｇ以上のもの」では
６個全部のスキャＩコツプ部分の内側に、また「総火薬
量が９（５５’以下のもの」ではシール端（第６図の符
号１２はシール用プラグ）から同一の距離にある列の３
個のスキャロツプ部分の内側にそれぞｔパーフォレータ
を装着してテストした。

第２表に示される結果からも１本発明鋼は・ξ−フォレ
ーション性が極めて良好なことが明らかであり、従って
パーフォレーティング・ガン用鋼として用いるのに十分
適していることが窺い知れる。

そこで、次に１本発明鋼１，４，９．２１及び２９と、
比較鋼３０とを用いて、スキャロツプ加工を施した実物
のパーフォレーティング・ガンを作成し１フイールドで
のテストを実施したところ。

比較鋼３０から成るパーフォレーティング・ガンは大破
したが、本発明鋼１，４．９，２１及び２９から成るも
のではきれいな穿孔がなされてクラックは生じなかった
。

これらの結果は、フィールドにおけるノξ−フオレーシ
ョン性が第２表と第６図に示したテストにより十分評価
できることをも示すものと１−で注目されるものでもあ
る。

〈産業上の作用性〉 収−ヒに説明した如く、この発明によれ（ば、パーフォ
レーション性が極めて良好なパーノオレ・−ティング・
ガン用鋼を比較的低コストで得ることができ１石油や天
然ガスの採掘作業の円滑（ヒ、安定化を一層向上させ得
るなど、産業上極めて有用な効果がもたらされるのであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、石油採取用油井の概略模式図。 第２図は、パーフォレータの構造を示す概略模式図。 第３図は、パ・−フオレータを取り付けｆｒ従束のパー
フォレーティング・ガンの要部概略模式図、第４図は、
・ξ−フオレーテイング作業において、パーフォレータ
が着火して穿孔がなされた瞬間の状況を示す概略模式図
、 第５図は、スキャロツプけの、パーフォレータ内部装着
用パーフォレーティング・ガンの要部概略模式図であり
、第５図（ａ）はその縦断面図で、第５図（ｂ）はその
楔断面図。 第６図は、実施例においてパーフォレーション性の評価
（て用いた試験片の概略図で、第６図（ａ）はその縦断
面図であり、第６図（ｂ）は第６図（ａ）のＡ−Ａ断面
図である。 図面において、 １・・ケーシング、　　　２・・・油層。 ３・・セメント層、　　　４・・・掘削やぐら、５・・
・薬莢１　　　　　６・・・火薬、７・・銅板製ライナ
ー。 ８・・パーフォレータ、 ９・・パーフォレーティング・ガン。 １０・・・ジェット流。 １１・・・スキャロツフ（＜ぼみ）、 工２・・シール用プラグ。 出願人　　住友金属工業株式会社 代理人　　富　　１）　和　　夫　ほか２名年１図 第２図　　　　革３図 粛４図 、。）　　夕５図 （ｂ）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量割合で、 Ｃ：０．２０〜０．５０％、 Ｓｉ：０．０５〜０．７５％、 Ｍｎ：０．３０〜１．８０％、 Ｃｒ：０．５０〜１．５０％、 Ｍｏ又はＷのうちの１種以上： Ｍｏ＋１／２Ｗで０．１０〜０．５０％、 Ｚｒ：０．０１〜０．１０％、 Ａｌ：０．００５〜０．１００％、 Ｆｅ及び不可避的不純物：残り から成るとともに、不純物中のＰ及びＳがそれぞれ、 Ｐ：０．０２５％以下、 Ｓ：０．０１５％以下 であることを特徴とする、パーフォレーション性に優れ
   たパーフォレーティング・ガン用鋼。
2. （２）重量割合で、 Ｃ：０．２０〜０．５０％、 Ｓｉ：０．０５〜０．７５％、 Ｍｎ：０．３０〜１．８０％、 Ｃｒ：０．５０〜１．５０％、 Ｍｏ又はＷのうちの１種以上： Ｍｏ＋１／２Ｗで０．１０〜０．５０％、 Ｚｒ：０．０１〜０．１０％、 Ａｌ：０．００５〜０．１００％ を含有するとともに、更に Ｃｕ：０．５０％以下、 Ｎｉ：０．５０％以下 の１種以上をも含み、 Ｆｅ及び不可避的不純物：残り から成るとともに、不純物中のＰ及びＳがそれぞれ、 Ｐ：０．０２５％以下、 Ｓ：０．０１５％以下 であることを特徴とする、パーフォレーション性に優れ
   たパーフォレーティング・ガン用鋼。
3. （３）重量割合で、 Ｃ：０．２０〜０．５０％、 Ｓｉ：０．０５〜０．７５％、 Ｍｎ：０．３０〜１．８０％、 Ｃｒ：０．５０〜１．５０％ Ｍｏ又はＷのうちの１種以上： Ｍｏ＋１／２Ｗで０．１０〜０．５０％、 Ｚｒ：０．０１〜０．１０％、 Ｍ：０．００５〜０．１００％ を含有するとともに、更に Ｖ：０．０１〜０．１０％、 Ｎｂ：０．００５〜０．１００％、 Ｔｉ：０．００５〜０．１００％、 Ｂ：０．０００３〜０．００５０％ の１種以上をも含み、 Ｆｅ及び不可避的不純物：残り から成るとともに、不純物中のＰ及びＳがそれぞれ、 Ｐ：０．０２５％以下、 Ｓ：０．０１５％以下 であることを特徴とする、パーフォレーション性に優れ
   たパーフォレーティング・ガン用鋼。
4. （４）重量割合で Ｃ：０．２０〜０．５０％、 Ｓｉ：０．０５〜０．７５％、 Ｍｎ：０．３０〜１．８０％、 Ｃｒ：０．５０〜１．５０％、 Ｍｏ又はＷのうちの１種以上： Ｍｏ＋１／２ＷでＴ：０．１〜０．５０％、Ｚｒ：０．
   ０１〜０．１０％、 Ｍ：０．００５〜０．１００％ を含有するとともに、更に、 Ｃｕ：０．５０％以下、 Ｎｉ：０．５０％以下 の１種以上、並びに Ｖ：０．０１〜０．１０％、 Ｎｂ：０．００５〜０．１００％、 Ｔｉ：０．００５〜０．１００％、 Ｂ：０．０００３〜０．００５０％ の１種以上をも含み、 Ｆｅ及び不可避的不純物：残り から成るとともに、不純物中のＰ及びＳがそれぞれ、 Ｐ：０．０２５％以下、 Ｓ：０．０１５％以下 であることを特徴とする、パーフォレーション性に優れ
   たパーフォレーティング・ガン用鋼。