JPS6237344A - 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、石油採取や天然ガス採取の一工程であるパ
ーフォレーティング作業に用いられるところの、′パー
フォレーション性”に漬れたパーフォレーティング・ガ
ン用−に関するものである。

〈従来技術並びにその問題点〉 一般に、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、更に前記油層２やガス層に位１ｔＴるケーシン
グ１とセメント層３と１＝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、′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、石油や天然ガ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、以前
は、第２図で示されろような、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
袂数個を、第３図で示されろ如く１パーフオレーテイン
グ・ガン”と呼ばれろ（キャリア・ガンΦチュービング
とも称される）鋼製筒状体９（＝ねじ込み装着し１こ後
、このパーフォレーティング・ガン９を第４図のように
ケーシング１内に吊り下げてパーフォレータの着火を行
い、それ（二伴い生じるジェットａによって孔ｔ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はジェット流ケ示してい
る。

そして、ここで使用されろパーフォレーティング・ガン
９は、作業終了の後地上に引き上げられて新しいバーフ
オレ〜りが装着され、再使用がなされろタイプのもので
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１面（二露出して取
り付けられるため、湿気や井戸深層部での高温によって
該パーフォ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
できないとの間糖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”ｋつけて
その部分の内偵１にパーフォレータ８を装着し、パーフ
ォレーティング作業時にはパーフォレーティング・ガン
９の前夫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フォレー
ティング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つ゛た。

なお、第５図（ａ）はパーフォレーティング・ガンの要
部縦断面図であり、第５図（ｈ）はその要部横断面図で
ある。

ところが、この新しいクイズのパーフォレーティング・
ガンは、上述のように、使用に際してパーフォレーティ
ング・ガンそのものも穿孔されるためその材質の“パー
フォレーション性”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・穿孔の際に前記スキ
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（二パーフォレーティ
ング・ガンが引っ掛かってしまい、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、パーフォレーティング・ガン構成素材の“パー
フォレーション性”とは、火薬（パーフォレータ）を用
いてパーフォレーティング作業を行う際に１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１かえ
り”が外側（二突出することのない１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、上記新しいクイズのパーフォレーテ
ィング・ガン用鋼としてＡ　Ｉ　Ｓ　Ｉ４１４０鋼等の
クロムモリブデン鋼やＡｌ５Ｉ４３４０鋼等のニッケル
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１クラツク”や”破裂”等のパーフォレーシ
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。

く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Ｃｆ５み、石油や天然
ガス等の採掘に当りが実姉されるパーフォレーティング
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、スキャロツプのデザインもさることなが
らバーフオレーテインＩグ・ガン自体の材質（二負うと
ころが最も内きいとの観点から、より一層パーフォレー
ション性に浸しタバーフオレーテイング・ガン用脩を提
供すべく種々研究を重ねた結果、 特定成分組成の鋼（二Ｃａ又は希土類元素を微量添加す
ることにより、パーフォレーション性（−極めて憂れた
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、 パーフォレーティング・ガン用鋼を Ｃ：　０．２０〜０．５０％（以下、成分割合を表わ丁
％は重量％とする）、 Ｓｉ：０．０５〜０．７５％゜Ｍ ｎ　：　０．３０　＝　１．８０％、 Ｎｉ　：　０．５０超−２００％、 Ｃｒ：　０．５０〜１．５０％、 Ｍｏ又はＷのうちの１種以上： Ｍｏ＋（１／２）Ｗで０．１０　Ｓｏ、　５０％、Ｍ　
：　０．００５へ０．１００％、 を含有するとともに Ｃａ：　０．００１〜０．０３０％、 希土類元素：ｏ、ｏｏｔ〜０．０３０　％の１種以上を
含むか、或いは更（二 Ｃｕ：０．５０％以下、 Ｖ　：　０．０１へ０．１０％。

Ｎｈ：０．００５へ０．１００　％、 Ｔｉ：　０．００５　Ｓｏ、１００％、Ｂ：０．０００
３　へ　Ｏ，ＯＯ５０％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（二、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（＝数値限定し
た理由を説明する。

（ｊＬ）　　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（；多量の合金元素
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０．２０〜０．５０％と定めた
。

（ｈ）　　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パーフォレーショ
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（：
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％を越えて含
有させると鋳造時（二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
＠）ｔｏ、３０〜１．８０％と定めた。

（ｄ）　　Ｎｉ Ｎ１は鋼の靭性とパーフォレーション性を向上させるの
（＝有効な成分であるが、七の含有量が０．５０％以下
では前記特性向上効果、中でも特（＝靭性改善効果を発
揮できなくなり、一方、２２−０ＯＩを越えて含有させ
ても前記特性向上効果（＝それ以上の進展がみられない
ばかりか、高価な元素であるＮｉの増量による経済的不
利をも招くことから、Ｎｌ含有量は０．５０超〜λ００
％と定めた。

（ｅ）　　Ｃｒ Ｃｒは耐食性向上並びに強度・靭性を同上させるのに有
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、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。

（ｆ）　　Ｍｏ、及びＷ Ｍｏ成分及びＷ成分は、いずれも鋼の焼入れ性、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。

＋７ｗ］の値で０．１０％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の上限をＣＭｏ
　＋　’／ｌ　Ｗ　）の値で０．５０％と定めた。

なお、Ｍｏ及びＷの含有量に関してＣＭｏ　＋　’ｄ　
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。

（ｇ）　　Ｍ Ｍは、ｔｓの脱酸の安定化、材質の均質化並びに細粒化
を図るのに荷動な成分であるが、その含有量が０．００
５％未満では所望の効果が得られず、一方０．１００％
を越えて含有させてもその効果は飽和してしまう。また
Ｍ含有量を多くすると鋼中介在物が増大して鋼を脆化−
「ると言う不都合をも招く。従って、Ｍ含有量は０．０
０５〜０．１００９５と定めた。

（ｈ）　　ｃｍ、及び希土類元素 これらはこの発明において極めて重要な成分であり、い
ずれも鋼のパーフォレーション性を著しく改善する作用
を有しているので１種以上の添加を欠くことができない
。しかしながら、いずれもその含有量がＯ，ＯＯ１９５
未満では前記作用に所望の効果が得られず、一方、それ
らをそれぞれ０．０３０％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外回上効果
が得られないことから、　Ｃａ含有量も希土類元素の含
有量も０．００１〜０．０３０９５とそれぞれ定めた。

（１）　　Ｃｕ Ｃｕ成分には鋼のパーフォレーション性と耐食性とを同
上させる作用があるので必要に応じて添加される元素で
あるが、七の含臀喰が０．５０％を越えると熱間加工性
に悪影響を及ぼ丁よう（；なることから、Ｃｕ含有量は
０．５０％以下と定めた。

（ｊ）　　Ｖ、Ｎｈ、Ｔｌ、及ヒＢ これらの成分は、いずれも鋼の強度を同上させる作用を
有しているので１種以上添加下るのが好ましいものであ
るが、以下、各成分毎Ｃ二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下る。

■　Ｖ ■は鋼の焼入れ性を高め、結晶粒を微訓にして強度と靭
性を高める作用を有しているが、その含有量が０．０１
ｇ５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め劣化を招（よう（
＝なることから、■の含有量は０．０１〜０．１０％と
定めた。

■　Ｎｈ Ｎｈは結晶粒を微細Ｃ二して鋼の強度と靭性を向上させ
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、Ｎｈ含有歇はｏ、　ｏ　ｏ　ｓ〜０．１００
９５と定めた。

［相］　Ｔｌ Ｔ１は鋼の強度並びＣ；耐食性を向上させる作用を有し
ているが、その含有量が０．０　Ｏ５％未満では前記作
用に所望の効果が得られず、一方。

０、１００　ｇｉを越えて含有させると靭性劣化を招く
よう（＝なることから、Ｔ１含有量はｏ、　ｏ　ｏ　ｓ
〜０、１００　％と定めた。

θ　Ｂ Ｂは焼入れ性の改善を通じて鋼の強度を同上させる効果
を有しているが、その含ｌｆ量が０、　ＯＯＯ３４未満
では前記作用に所望の効果が得られず、一方ｏ、　ｏ　
ｏ　ｓ　ｏ％を越えて含有させると靭性劣化を招くこと
から、Ｂ含有量は０．０００３へ０．００５０％と定め
た。

（ｋ）　　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（＝は、不純物であるＰ及びＳの含有量を可及的
１：少なくＴ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
．０２５％及び０．０１５％と定めた。

以上に説明したような成分組成の鋼は、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（二て継目無鋼管（二加工される。続いて
、更（：冷間抽伸等の加工を受けること（二よって寸法
公差を小さくし、焼入れ・焼戻しの熱処理、矯正加工、
スキャロツプ加工、応力除去焼鈍等の工程を経てバーフ
オレーティング・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Ｃ二過
ぎないものであり、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。

く実唯例〉 まず、第１表（二示される如き化学成分組成の鋼１〜３
６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
７刺φ、肉厚：１１７ｍで、引張強さが約１０ｔ〕Ｋｐ
ｆ／−のレベルＣ二あるパーフォレーティング・ガン素
材を作成し、パーフォレーション性を調査した。

この結果を＠２表（二示す。

なお、パーフォレーション性の計画は、上記パーフォレ
ーティング・ガン素材から第６図に示すような寸法及び
配置でスキャロツプ加工を飛した試験片を切り出し、ス
キャロップ１１の部分の内側（二同−火薬量のパーフォ
レータ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（＝破裂の有無を調査する
ことにより行った。ここで、第２表（二表示した「総火
薬量が１１４２以上のもの」では６個全部のスキャロツ
プ部分の内側に、また「総火薬量が％ｆ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Ｃ二ある列の３個のスキャロツブ部分の内側
（二それぞれパーフォレータを装着してテストした。

第２表１＝示される結果からも、本発明鋼はパーフォレ
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、本発明鋼１，４，９．２１及び２９と、
比較鋼３０とを用いて、スキャロツブ加工を飛した実物
のパーフォレーティング・ガンを作成し、フィールドで
のテストを実残したととろ。

比較ｇｓ３０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パーフォレーショ
ン性が第２表と第６図Ｃ：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して注目されるものである。

〈産業上の有用性〉 以上に説明した如く、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フォレーティング・ガン用
鋼を比較的低コストで得ることができ、石油や天然ガス
の採掘作業の円滑化、安定化を一層同上させ得るなど、
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、パーフォレータを取り付けた従前のパーフォ
レーティング・ガンの要部概略模式図、第４図は、パー
フォレーティング作業（二おいて、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、スキャロツプ付の、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（ｈ）はその
横断面図、 第６図は、実相例においてパーフォレーション性の評価
（：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（ｈ）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、５１１．薬莢
、　　　　　　　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・・・スキャロップ（くぼみ）、 １２・・・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 学１図 第２図　　　　第３図 稟４図 、。、　　３５図 （ｂ） 第６囮 （Ｑ） （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％、 Ｎｉ：０．５０超〜２．００％、 Ｃｒ：０．５０〜１．５０％、 Ｍｏ又はＷのうちの１種以上： Ｍｏ＋（１／２）Ｗで０．１０〜０．５０％、Ｍ：０．
   ００５〜０．１００％ を含有するとともに、更に Ｃａ：０．００１〜０．０３０％、 希土類元素：０．００１〜０．０３０％ の１種以上をも含み、 Ｆｅ及び不可避不純物：残り から成り、かつ不純物中のＰ及びＳの含有量がそれぞれ
   、 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％、 Ｎｉ：０．５０超〜２．００％、 Ｃｒ：０．５０〜１．５０％、 Ｍｏ又はＷのうちの１種以上： Ｍｏ＋（１／２）Ｗで０．１０〜０．５０％、Ａｌ：０
   ．００５〜０．１００％ を含有するとともに、更に Ｃａ：０．００１〜０．０３０％、 希土類元素：０．００１〜０．０３０％ の１種以上、並びに Ｃｕ：０．５０％以下、 をも含み、 Ｆｅ及び不可避的不純物：残り から成り、かつ不純物中のＰ及びＳの含有量がそれぞれ 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％、 Ｎｉ：０．５０超〜２．００％、 Ｃｒ：０．６０〜１．５０％、 Ｍｏ又はＷのうちの１種以上： Ｍｏ＋（１／２）Ｗで０．１０〜０．５０％、Ａｌ：０
   ．００５〜０．１００％ を含有するとともに、更に Ｃａ：０．００１〜０．０３０％、 希土類元素：０．００１〜０．０３０％ の１種以上、並びに Ｖ：０．０１〜０．１０％、 Ｎｈ：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 から成り、かつ不純物中のＰ及びＳの含有量がそれぞれ 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％、 Ｎｉ：０．５０超〜２．００％、 Ｃｒ：０．５０〜１．５０％、 Ｍｏ又はＷのうちの１種以上： Ｍｏ＋／Ｗで０．１０〜０．５０％、 Ｍ：０．００５〜０．１００％ を含有するとともに、更に Ｃａ：０．００１〜０．０３０％、 希土類元素：０．００１〜０．０３０％ の１種以上と Ｃｕ：０．５０％以下、 並びに Ｖ：０．０１〜０．１０％、 Ｎｈ：０．００５〜０．１００％、 Ｔｉ：０．００５〜０．１００％、 Ｂ：０．０００３〜０．００５０％ の１種以上をも含み、 Ｆｅ及び不可避不純物：残り から成り、かつ不純物中のＰ及びＳの含有量がそれぞれ Ｐ：０．０２５％以下、 Ｓ：０．１５％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。