JPS6237347A - 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
ーフォレーティング作業に用いられるところの、１パー
フオレーシヨン性”に優れたパーフォレーティング・ガ
ン用銅１；関するものである、く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歯響二示され
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加入さ
せるべく、更に前記油層２やガス層１；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（二、。パーフォレーティング作業”と呼ばれ
る前記孔あ（す作業は、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Ｙ％第３図で示される如く１パーフオレーテ
イング・ガン”と呼ばれる（キャリア・ガン・チュービ
ングとも称されろ）鋼製筒状体９にねじ込み装漕した後
、このパーフォレーティング・ガン９を第４図のようζ
：ケーシング１内に吊り下げてパーフオレ−ｙ　ノ着火
ｗ行い、それに伴い生じるジェット（＝よって孔？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はジェット渾を示してい
る。

そして、ここで使用される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が外側面に篇出して取り付
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丁く、必ず
しも円滑・確実なパーフォレーティング作業乞確保でき
ないとの問題を有するものであった。

そこで、近年、上記問題ケ解決するため、第５図に示さ
れる如（外面にスキャロツブ（くぼみ）１１ンつけてそ
の部分の内１１１１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ツオレー
ティンクーガンが開発され、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った。

なお、第５図（ａｌ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（ｈｌはその要部横断面図で
ある。

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１パー
フオレーシヨン性“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、パーフォレータにょる沿火・穿孔の際に前記スキ
ャロツブ部以外の部分にクラックを生じ１こり、破裂を
起したり丁れば、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、大系（・＜−フオレータ）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９か
えり”が外＄１１１　＋＝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、上記新しいタイプのパーフォレーテ
ィング・ガン用−としてＡ　Ｉ　Ｓ　Ｉ　４１４０鋼等
のクロムモリブデン俸やＡｌＳＩ４３４０ｍ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、
時として前記１クランク”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。

〈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（二鑑み、石油や天然
ガス等の採掘に当って央姑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、スキャロッグのデザイン、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
ョン性に潰しタパーフオレーテイング・ガン用鋼を提供
丁べく種々研究を重ねた結果、 特定成分組成の＃ｌ：Ｚｒを微量添加するとそのパーフ
ォレーション性が著しく改善され、極めて浸しタバーフ
オレーション性を有する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、成分割合を表わす％
は亜ｆｄ％とする）、 Ｓｉ：０．０５〜０．７５％、 Ｍｎ：　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　＋　／　Ｗで０．１０〜０．５０％、Ｚｒ：　０
．０１−０．１０％、 Ｍ　：　０．０　Ｏ５〜０．１００％ を含有するととも；ユ、更；二 Ｃｕ：０．５０％以下、 ｖ：ｏ、ｏｉ〜０４１０％、 Ｎｂ：０．００５〜０．１００％、 Ｔｉ：０．００５〜０．１００％、 Ｂ：０．０ＯＱ３へ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　：　０．０２５９５以下、 Ｓ：０．０１５％以下 である成分組成とすること（−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、特に格段に同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（
二おいて、化学成分組成範囲を上記の如くに数値限定し
１こ叩出を説明する。

（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（二要求される強度を確保するのに多量の合金元素
重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 Ｓｉは鋼の脱酸上必要な成分であるが、その含有量が０
．０５９５未満では十分な脱酸効果を得ることができず
一一方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 励は鋼の焼入性並びに強度・靭性を同上させるの（ユ有
効な成分であるが、その含有量力ｏ、　３０％未満では
上記特性同上効果が小さく、一方１．８０％を越えて含
有させると鋳造時（＝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
有量は０．３０〜１．８０％と定めた。

（ｄ）　　Ｎｉ Ｎｉ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、その含有量が０．５０％以下
では前記特性向上効果、中でも特に靭性改善効果を発揮
できなくなり、一方、２．．００％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、Ｎｉ含有量は０．５０超〜２．０Ｏ
９５と定めた。

（ｅ）　　Ｃｒ Ｃｒは耐食性向上並び（二強度・靭性な向上させるのに
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、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０．５０〜１．５０９！
と定めた。

げ）Ｍｏ、及びＷ Ｍｏ成分及びＷ成分は、いずれも−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１が［Ｍ。

＋’、（ｗ　］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、経済的な叩出からその上限を
ＣＭｏ　＋　／　Ｗ　）の値で０６５０％と定めた。′
なお、Ｍｏ及びＷの含イ１吋に＋、９４ｔ、てｃ　Ｍｏ
　＋　署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）　　Ｚｒ Ｚｒはこの発明（二おいて極めて重要な成分であり、声
のパーフォレーション性を著しく数構する作用を有して
いる。しかしながら、その含有量が０．０１％未満では
前記作用に所望の効果がイ１）られす、−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、
Ｚｒ含有着は０．０１〜０．１０％と定めた。

（ｈ）　　Ｍ Ｍは、鋼の脱酸の安定化、材質の均′ａ化並びに細粒化
を図るの（二有効な成分であるが、その含有Ｉ）が０．
００５％未満では所望の効果が得られず、一方０．１０
０％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一中介在物が増大して鋼を脆
化すると言う不都合をも招く。従って、Ｍ含有量は０．
００５〜０．１００％と定めた。

（ｉ）　　Ｃｕ Ｃｕ成分には鋼のパーフォレーション性と耐食性とを向
上させる作用があるので必要（一応じて添加される元素
であるが、その含有量が０．５０　％を越えると熱間加
工性に悪影響を及ぼ丁ようになることから、Ｃｕ含有量
は０．５０％以下と定め１こ。

（ｊ）■、Ｎｂ、Ｔｉ、及び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Ｉ　Ｊ′ｉ１１以上添加するのが好まし
いものであるが、以下、各成分毎（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する。

■　Ｖ ■は−の焼入れ性を高め、結晶粒を微細にして強度と靭
性な高める作用を有しているが、その含有量がｏ、　ｏ
　ｉ　％未満では前記作用に所望の効果が得られず、一
方０．１０４を越えて含有させると靭性、の劣化を招く
よう（−なることから、■の含有量は０．０１〜０．１
０９５と定めた。

■　励 Ｎｂは結晶粒を微細にシて鋼の強度と靭性を同上させる
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４二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な劣化させる場合
があるので、Ｎｂ含有量は０．００５〜０．１００　％
と定めた。

［相］　Ｔｉ Ｔｉは鋼の強度並びに耐食性を同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、１００９４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、Ｔｊ
含有量は０．００５〜ｏ、　ｔ　ｏ　ｏ％と定めた。

ｌｖ＠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、その含有量が０、　ＯＯＯ３％未清で
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、０００３〜０．０　Ｏ５０％と定め
た。

（ｋ）　　Ｐ、及びＳ 鋼の組織を均質（二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
ζ二少な（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
．０２５％及び０．０１５％と定めた。

以上（：説明したような成分組成の鐸は、転炉又は電気
炉等で溶製され、連続鋳造の後、又は造塊後（二分塊さ
れてから熱間圧延（二て継目狸鋼管）二加工される。続
いて、更に冷間抽伸等の加工を受けることによって寸法
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パーフ
ォレーティング・ガン１：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（＝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。

く実施例〉 まず、ｆＪＳｉ表に示される如き化学成分組成の鋼１＾
３４を溶製した。

次いで、これらの−から通常の方法によって外径：１２
７５ｗφ、肉厚：１１７＋ｗで、引張強さが約１００　
Ｋ４ｆ／−のレベルに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。

第　　　　２ （注）　◎・・・クラックなし、 Ｏ・・・スキャロツプ内のみに微小クラック発生△・・
・スキャロップ内外に微小クラック発生、Ｘ・・・破　
裂。

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
配置でスキャロップ加工を抱した試験片を切り出し、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、並びに破裂の有冊を調査すること
（二より行った。ここで、第２表に表示した「総火薬徴
が１１４２以上のもの」では６個全部のスキャロップ部
分の内側に、また「総火薬量が％を以下のもの」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（＝ある列の３個のスキャロツブ部分の内側にそ
れぞれ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、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仰れる。

そこで、次に、本発明鋼１，４，１１．２１及び２７と
、比較１１２８とを用いて、スキャロップ加工を抱した
実物のパーフォレーティング・ｌｆンを作成し、フィー
ルドでのテストを実権したところ、比較鋼２８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＠Ｉ
Ｉ、４，１１．２１及び２７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′ＩＪＩ、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して注目されるもので
もある。

〈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、スキャロツプ付の、パーツオレー９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
、７５５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、実施例においてパーフォレーション性の評価
に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−入断面図
である。 図面において、 １・・・ケーシング、　　　２・・・油層、３・・・セ
メント１ｍ、　　４・・・掘削やぐら、５・・・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φガン。 １　０　・・・　ジ　ェ　ッ　ト　流　、１１・・・ス
キャロツプ（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名年１図 年２図　　　　　　集３図 巣４図 、。２　　夕５図　１゜。

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＋１／２Ｗ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＋１／２Ｗ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 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：０．５０〜１．５０％、 Ｍｏ又はＷのうちの１種以上： Ｍｏ＋／Ｗ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＋１／２Ｗで０．１０〜０．５０％、 Ｚｒ：０．０１〜０．１０％、 Ａｌ：０．０５〜０．１００％ を含有するとともに、更に Ｃｕ：０．５０％以下、 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。