JPS6237348A - 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、１パー
フオレーシヨン性”に優れた。ｅ−フオレーテイング・
ガン用佃に関するものである。

〈従来技術並び（−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、更（ユ前記油層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パ一フオレーテイング作業”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
略下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
複数個を、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ｈ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（−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１こ。

なお、弔４図において符号１０はジェットｌ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、パーフォレーダ８が外側面に雄出して取り付
けられるため、湿気や井戸深層部での扁温によって該パ
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・４４　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つ１こ。

そこで、近年、上記問題を解決する１こめ、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
の前記スキャロツブ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った。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”パー
フォレーション性”が太キタな問題として注目されるこ
ととなったのである。

即ち、パーフォレーダによる着火・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たり、破裂を起
したりすれば、ケーシングの内面ｉニパーフオレーテイ
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”′ゝ
−フオレーション性”とは、火薬（）（−フオレーダ）
を用いてパーフォレーティング作業を行う際に０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”が外側に突出下ることのない“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・ガン用鋼としてＡ　Ｉ　Ｓ　Ｉ４１３０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Ｃ；、時として前記”クラック”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
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
性に侵れたパーフォレーティング・ガン用鋼を提供下べ
く種々研究を重ねた、結果、 特定成分組成の鋼にＴｅ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、極めて滑れたパーフォ
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、成分割合を表わ丁％
は重量％とする）、 Ｓｉ：０．０５〜０．７５％、 Ｍｎ：　０．３０〜１．８０％、 Ｃｒ　：　０．５０　Ｓｌ、　５０％、Ｍｏ又はＷのう
ちの１種以上： Ｍｏ　＋　Ｘ／２Ｗで０．１０〜０．５　Ｑ　％、Ｔｅ
：　０．００１−０．１００％、 Ａｇ　：　　０．　ＯＯ５〜　０．１　０　０　　％を
含有するとともに、更（＝ Ｃｕ：０．５０％以下、 Ｎｉ：０．５０％以下、 Ｖ　：　０．０１へ０．１０％、 Ｎｈ：０．００５〜０．１００％、 Ｔｉ：０．００５〜０．１００％、 Ｂ：０．０００３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　：　０．０２５％以下、 Ｓ　：　０．０１５％以下 である成分組成とすること１：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、 を特徴と下るものである。

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１：数値限定し
た叩出を説明する。

（ａｌ　　Ｃ Ｃは鋼の強度を向上下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
。

（ｈｌ　　Ｓｉ Ｓ＋は−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 廁は鋼の焼入性並びに強度・靭性な同上させるのに有効
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含有量は０
．３０〜１．８０％と定めた。

（ｄ）　　Ｃｒ Ｃｒは耐食性向上並び：：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
上記特性同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。

（ｅ）　　Ｍｏ、及びＷ Ｍｏ酸成分び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同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ＣＭ。

＋’４ｗ〕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、経済的な粗由からその上限をＣＭ
ｏ　＋　３５　Ｗ　］の値で０．５０％と定め１こ。

なお、　Ｍｏ及びＷの含有量に関してＣＭｏ　＋　’４
　Ｗ　］な。

る値で規定するのは、ＷがＭｏに対して原子母が約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）　　Ｔｅ Ｔｅ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０．００１％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ばかりか、熱
間加工性をも損なうようＣ二なることから、Ｔｅ含有啜
は０．００１〜０．１００％と定めた。

（ｇ）　　Ａ１１ 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０．００５
％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Ａ
ｇ含有量を多くすると鋼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０．００
５〜０．１００％と定めた。

ｆｈｌ　　Ｃｕ、及びＮｉ これらの成分には声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、０．５０％を越えて含有させると熱間
加工性の劣化をもたら丁。

一方、Ｎｉは高価な元素であるので０．５０％を越えて
含有させることは得策でない９以上の理由から、Ｃｕ含
有肴を０．５０％以下、Ｎｉ含有はを０．５０％以下と
それぞれ定めた。

なお、Ｃｕを添加する場合には、熱間加工性を同上させ
る目的で同じ程度の１社のＮｉを同時（二含有させるの
が好ましい。

（ｔ）　　Ｖ、Ｎｂ　＊　Ｔｉ　＊及びＢこれらの成分
は、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挿置上添２７Ｄ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 ■は優の焼入れ性を高め、結晶粒を微・慣（ニして強度
と靭性を高める作用を有しているが、その含有量が０．
０１％未満では前記作用に所望の効果が得られず、一方
ｏ、　ｉ　０％を越えて含有させると靭性の劣化を招く
ようＣ二なることから、■の含荷噛は０．０１〜０．１
０％と定めた。

（］ｌ）　　Ｎｈ Ｎｈは結晶粒を微細にして鏝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な劣化させる場合があ
るので、Ｎｈ含有量は６．　ｏ　Ｏ５〜０．１００％と
定めた。

■　Ｔｉ Ｔｉは鋼の強度並びＣ二耐食性を同上させる作用を有し
ているが、その含有量がｏ、　ｏ　ｏ　ｓ％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靭性劣化を招くようになることか
ら、Ｔｉ含有量はｏ、　ｏ　ｏ　ｓ〜０、１００　ｇ６
と定めた。

　Ｂ Ｂは焼入れ性の改善を通じて−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、０００３％未満では
前記作用１ユ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０．０００３−０．００５０％と定めた
。

（ｊ）Ｐ、及びＳ 儒の組織を均質（−シ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
（二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
．０２５％及び０．０１５　％と定めた。

以上（：説明したような成分組成のＳｔｔ、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′ｍ鋼管（二加工される。

続いて、更ζ二冷間抽勺等の加工を受けることＣ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、スキャロップ加工、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（＝成形される。

次に、この発明を実権例により比較例と対比しながら説
明するが、これら実権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。

〈実権例〉 まず、第１表Ｃ二示される如き化学成分組成の鋼１〜３
４を溶製した。

次いで、これらの儂から通常の方法によって外径：１２
７＋＋ｏｗφ、肉厚：ＩＺ７ｍで、引張強さが約１００
Ｋｇｆ／−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。

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（：示Ｔ（注）　つ・
・・クラックなし。

Ｏ・・・スキャａツブ内のみに微小クラック発生、へ・
・・スキャロツプ内外に微小クラック発生。

Ｘ・・・破裂。

２表 ような寸法及び配置でスキャロツブ加工な癩した試験片
を切り出し、スキャロツブ１１の部分の内側に同−火薬
量のパーフォレータ８を装着した後向時Ｃ二発火させ、
生じた孔の状況、クラックの発生状況、並び５二破裂の
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「総火薬欧が１１４２以上のもの」では６個全部
のスキャロツプ部分の内＠ｃ、また［総火薬頃が％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）から同一の距離にある列の３個のスキャロツプ
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−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池のに十分適
していることが窺い知れる。

そこで、次に、本発明鋼１，５，１１．１９及び２７と
、比較鋼２８とを用いて、スキャロツプ加工な抱した実
物のパーフォレーティング・ガンを作成し、フィールド
でのテストを実権したところ、比較＄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ｍｌ、５
，１１，１９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
ン性が第２表と第６図１＝示したテストＣ：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〉 以上説明した如く、この発明（二よれば、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な示す概略模式図、 １ＰＩＢ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（＝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（ａｌはその縦断面図で、第５図（ｈ）はその
横断面図、 第６図は、実抱例においてパーフォレーション性の評価
Ｃ二相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（ｈＪは第６図（ａ）のＡ−Ａ断
面図である。 図面Ｃ二おいて、 １・・・ケーシング、　　　　２・・・油層、３・・・
セメント層、　　　４・・・掘削やぐら、５・・・薬莢
、　　　　　　　６・・・火薬、７・・・銅板製ライナ
ー、 ８・・・パーフォレータ、 ９・・・バーフオレーテインク拳ガン、１０・・・ジェ
ット済、 １１・・・スギャロツプ（（ぼみ）、 １２・・・シール用プラグ。 出願人　　住友金属工業株式会社 代哩人　　富　１）和　夫　はか２８ 夛１図 年２図　　　　　羊３図 巣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％、 Ｔｅ：０．００１〜０．１００％、 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％、 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％、 Ｔｅ：０．００１〜０．１００％、 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。
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％、 Ｔｅ：０．００１〜０．１００％、 Ａｌ：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％、 Ｃｒ：０．５０〜１．５０％、 Ｍｏ又はＷのうちの１種以上： Ｍｏ＋／Ｗで０．１０〜０．５０％、 Ｔｅ：０．００１〜０．１００％、 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：０．０１〜０．０１０％、 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。