專利名稱：埋設(shè)擴(kuò)管用鋼管及油井用鋼管的埋設(shè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及被埋設(shè)在油井或氣井(以下，將這些通稱為油井)內(nèi)的鋼管以及將該鋼管作為油井管進(jìn)行埋設(shè)的方法。
背景技術(shù)：
在將油井管從地表面埋設(shè)到地下油田時(shí)，首先進(jìn)行挖掘，設(shè)置給定深度的井，并在其中埋設(shè)稱作套管(casing)的油井管，以防止井壁的崩落。然后，從套管的前端進(jìn)一步挖掘地下，作為更深的井，經(jīng)過之前埋設(shè)的套管的內(nèi)部而埋設(shè)新的套管。通過反復(fù)進(jìn)行這樣的操作，最后埋設(shè)了到達(dá)油田的油井管(敷設(shè)管道)。
圖1是用于說明以往的油井管的埋設(shè)方法的圖。以往，在埋設(shè)油井管時(shí)，如圖1所示，首先從地表面6一直到H1深處，挖出直徑比套管1a的直徑大的井，并埋設(shè)套管1a，然后，將套管1a的前端部的地下挖出H2深，并埋設(shè)套管1b。按照這樣的方法，埋設(shè)套管1c、1d，最后埋設(shè)通入油或氣體的油井管(敷設(shè)管道)2。
這時(shí)，因?yàn)橛糜谕ㄈ胗突驓怏w的油井管2的直徑已被確定，所以需要深度與油井直徑成比例的不同的多種套管。這是因?yàn)樵诓迦朐谙嚷裨O(shè)的套管之后所被埋設(shè)的同心圓狀的套管時(shí)要考慮鋼管彎曲等形狀不良，而在之前埋設(shè)的套管的內(nèi)徑和之后埋設(shè)的套管的外徑之間需要留有一定程度的間隙C。因此，在挖深井埋設(shè)油井管時(shí)，必須擴(kuò)大井直徑方向上的挖掘面積，從而使挖掘所需的費(fèi)用升高。
近年來，為了降低油井的挖掘費(fèi)用，提出了將油井管埋設(shè)在地下之后，將其內(nèi)徑同樣地?cái)U(kuò)大的擴(kuò)管方法(特表平7-507610號(hào)公報(bào))。另外，在W098/00626號(hào)國(guó)際公開公報(bào)中，提出了將不引起縮頸或延展性破壞且可產(chǎn)生應(yīng)變硬化的由可鍛性的鋼種構(gòu)成的鋼管，插入到預(yù)先埋設(shè)的套管內(nèi)，并利用由非金屬材料構(gòu)成的具有圓錐面的芯軸(mandrel)，使套管擴(kuò)大的方法。
圖2是用于說明通過擴(kuò)管進(jìn)行埋設(shè)的方法的圖。在該埋設(shè)方法中，如圖2所述，在挖出的井中埋設(shè)鋼管1，接著挖掘鋼管1的前端使井變深，并在埋設(shè)的鋼管1內(nèi)插入鋼管3。接著，例如利用由鋼管3的下部的油壓，使插入在鋼管3內(nèi)的工具4上升，進(jìn)行擴(kuò)管。依序反復(fù)進(jìn)行該操作，最后完成將油或氣體汲取上來的鋼管(敷設(shè)管道)2的埋設(shè)。
圖3是表示通過擴(kuò)管法埋設(shè)有敷設(shè)管道2的狀態(tài)的圖。通過采用該擴(kuò)管埋設(shè)方法，如圖3所示，由于能夠使埋設(shè)后的鋼管之間的間隙變小，所以能夠減少挖掘面積，從而大幅度地減少挖掘費(fèi)用。
但是，在上述的擴(kuò)管法中存在以下的問題。第一個(gè)問題是，所埋設(shè)的被擴(kuò)管的鋼管對(duì)地下外壓的耐塌陷性能，即抗壓強(qiáng)度顯著降低。另一個(gè)問題是，在擴(kuò)管的鋼管產(chǎn)生彎曲。
在鋼管中幾乎不可避免地存在偏厚現(xiàn)象。偏厚是指，在管的橫截面上的厚度的不均勻。如果對(duì)具有厚度差異的鋼管進(jìn)行擴(kuò)管，則厚度薄的部分比厚度厚的部分加工率變大，從而使偏厚率擴(kuò)大。這將導(dǎo)致抗壓強(qiáng)度的下降。另外，由于擴(kuò)管加工，厚度厚的部分和厚度薄的部分在圓周方向的擴(kuò)大量上出現(xiàn)差異，這將成為長(zhǎng)度方向上的收縮量的差異，因此，鋼管會(huì)彎曲。如果套管或敷設(shè)管道發(fā)生彎曲，則會(huì)在鋼管之間的接合部即螺絲部作用不均勻的應(yīng)力，發(fā)生氣體泄漏。
基于以上的理由，在引入埋設(shè)擴(kuò)管法這種新技術(shù)時(shí)，需要即使在擴(kuò)管的情況下抗壓強(qiáng)度也不下降且彎曲小的鋼管。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一是提供一種，即使在插入到井的狀態(tài)下進(jìn)行擴(kuò)管，抗壓強(qiáng)度的下降也較小的鋼管。更具體地講提供一種，將厚度均勻的管的擴(kuò)管后的抗壓強(qiáng)度(C0)作為1時(shí)，擴(kuò)管后的油井管的實(shí)測(cè)抗壓強(qiáng)度(C1)在0.8以上的即C1/C2≥0.8的鋼管。
本發(fā)明的目的之二在于提供一種，即使在插入到井中的狀態(tài)下進(jìn)行擴(kuò)管，彎曲較小的鋼管。
本發(fā)明的目的之三在于提供一種，使用上述鋼管的油井管的埋設(shè)方法。
本發(fā)明人等調(diào)查了埋設(shè)鋼管進(jìn)行擴(kuò)管時(shí)，抗壓強(qiáng)度下降的原因和發(fā)生彎曲的原因，其結(jié)果得到了如下的見解。
(a)如果將厚度不等的鋼管擴(kuò)管，則偏厚現(xiàn)象將進(jìn)一步擴(kuò)大。該偏厚現(xiàn)象會(huì)成為抗壓強(qiáng)度下降的原因。其理由在于，由于擴(kuò)管，材料被拉向管周方向而產(chǎn)生厚度的變薄，從而厚度薄的部分的厚度將更加變薄。
(b)只要是擴(kuò)管前的偏厚率E0滿足下記①的鋼管，則擴(kuò)管后的抗壓強(qiáng)度就不成問題。
E0≤30/(1+0.018α) …①該式①的α是管的擴(kuò)管率(％)，用下式②進(jìn)行計(jì)算。α＝[(擴(kuò)管后的管的內(nèi)徑-擴(kuò)管前的管的內(nèi)徑)/擴(kuò)管前的管的內(nèi)徑]×100 …②E0是擴(kuò)管前的偏厚率(％)，用下式③進(jìn)行計(jì)算。
E0＝[(擴(kuò)管前的管的最大壁厚-擴(kuò)管前的管的最小壁厚)/擴(kuò)管前的管的平均壁厚]×100 …③另外，擴(kuò)管后的偏厚率E1(％)是用下式④進(jìn)行計(jì)算。
E1＝[(擴(kuò)管后的管的最大壁厚-擴(kuò)管后的管的最小壁厚)/擴(kuò)管后的管的平均壁厚]×100 …④c)如果進(jìn)行擴(kuò)管加工，則由于原來存在的管的偏厚現(xiàn)象，鋼管上會(huì)產(chǎn)生彎曲。若由于擴(kuò)管，管向周邊被拉，則厚度薄的部分比厚度厚的部分更加向圓周伸長(zhǎng)，因此長(zhǎng)度比壁厚的部分減少得更多。這就是發(fā)生管的彎曲得原因。若要減小這種由于擴(kuò)管而引起的管的彎曲，重要的不是單純減小管的偏厚率，而是減小后述的偏芯偏厚率。
本發(fā)明是基于上述見解而完成的，其宗旨是下式(1)和(2)的鋼管以及(3)的鋼管的埋設(shè)方法。
(1)一種鋼管，是在被插入于井內(nèi)的狀態(tài)下被擴(kuò)管，其特征在于擴(kuò)管前的偏厚率E0(％)滿足下式①。
E0≤30/(1+0.018α)…①其中，α是用上述式②算出的擴(kuò)管率(％)。
(2)一種鋼管，是在被插入于井內(nèi)的狀態(tài)下被擴(kuò)管，其特征在于偏芯偏厚率為10％以下。
上述(1)或(2)的鋼管，優(yōu)選是以下(a)、(b)或(c)的化學(xué)組成的鋼管。下面，關(guān)于成分含量的％是質(zhì)量％。
(a)C0.1～0.45％、Si0.1～1.5％、Mn0.1～3％、P0.03％以下、S0.01％以下、sol.Al0.05％以下、N0.01％以下、Ca0～0.005％、其余由Fe和雜質(zhì)構(gòu)成的鋼管。
(b)C0.1～0.45％，Si0.1～1.5％，Mn0.1～3％，P0.03％以下，S0.01％以下，sol.Al0.05％以下，N0.01％以下，Ca0～0.005％，以及Cr0.2～1.5％、Mo0.1～0.8％、和V0.005～0.2％中的1種或2種以上，其余由Fe和雜質(zhì)構(gòu)成的鋼管。
(c)代替一部分Fe，含有Ti0.005～0.05％和Nb0.005～0.1％中的一種或兩種的上述(a)或(b)的鋼管。
(3)一種油井用鋼管的埋設(shè)方法，是在挖掘的井內(nèi)埋設(shè)鋼管，并進(jìn)一步挖掘所埋設(shè)的鋼管的前端部的地下，以使井更深，然后在所埋設(shè)的鋼管內(nèi)插入具有比該鋼管內(nèi)徑更小的外徑的鋼管，將其埋設(shè)在變深的井內(nèi)，并利用插入到管內(nèi)的工具對(duì)該鋼管進(jìn)行擴(kuò)管，以使其直徑變大，然后挖掘所擴(kuò)管的鋼管的前端部的地下，以使井更深，接著在所擴(kuò)管的鋼管內(nèi)插入具有比該鋼管內(nèi)徑更小的外徑的鋼管，將其埋設(shè)在變深的井內(nèi)并進(jìn)行擴(kuò)管，反復(fù)進(jìn)行這樣的操作，以此，依次埋設(shè)直徑更小的鋼管的方法，其中作為擴(kuò)管的鋼管使用了上述(1)或(2)的鋼管。
1.防止抗壓強(qiáng)度的下降圖7是用于說明偏厚率的圖，圖7(a)是油井管的側(cè)視圖，圖7(b)是橫截面圖。如圖7(a)和(b)所示，將管的長(zhǎng)度方向上的某一位置的橫截面以22.5度的間隔分成16等分，并利用超聲波法等測(cè)定各位置上的管的厚度。由該測(cè)定結(jié)果，分別求出其橫截面的最大厚度、最小厚度以及平均厚度，并由下式⑤算出偏厚率(％)。
偏厚率(％)＝[(最大壁厚-最小壁厚)/平均壁厚]×100 …⑤所述的E0和E1是分別對(duì)擴(kuò)管前的鋼管和擴(kuò)管后的鋼管，通過式⑤求出的擴(kuò)管率。如圖7(a)所示，從1根管的管端在長(zhǎng)度方向上，以500mm的間隔對(duì)10處的橫截面求出上述的偏厚率，并將其中最大的偏厚率作為該管的偏厚率。
所述式①是根據(jù)以下所示的試驗(yàn)求出的。
使用以重量％計(jì)具有C0.24％、Si0.31％、Mn1.35％、P0.011％以下、S0.003％、sol.Al0.035％以下、N0.006％，其余由Fe和雜質(zhì)構(gòu)成的化學(xué)組成，且外徑為139.7mm、壁厚為10.5mm、長(zhǎng)度為10m的無接頭鋼管(API-L80級(jí)別的等效品)進(jìn)行擴(kuò)管試驗(yàn)。
利用試驗(yàn)機(jī)采用鋼管芯棒拔管法，擴(kuò)管各油井管。擴(kuò)管率是以管坯內(nèi)徑的擴(kuò)大率分為10％、20％和30％的3種。
在擴(kuò)管前和擴(kuò)管之后，利用超聲波測(cè)定器(UST)測(cè)定管的壁厚分布，并由測(cè)定的壁厚求出偏厚率。接著，測(cè)定擴(kuò)管加工后的油井管的抗壓強(qiáng)度。抗壓強(qiáng)度(PSI)是根據(jù)API規(guī)格的RP37測(cè)定的。
圖5表示了擴(kuò)管前的偏厚率和擴(kuò)管后的偏厚率之間的關(guān)系。由圖5可知，擴(kuò)管后的偏厚率大于擴(kuò)管前的管的偏厚率。另外，擴(kuò)管后的管的偏厚率與擴(kuò)管前的管的偏厚率近似成比例關(guān)系，其比例系數(shù)是根據(jù)擴(kuò)管率而不同。如果要將各擴(kuò)管率的E1和E0的關(guān)系(圖5中的實(shí)線)用一個(gè)式子表示，則就是下式⑥。
E1＝(1+0.018α)E0 …⑥其中，E0是擴(kuò)管前的管的偏厚率(％)，E1是擴(kuò)管后的管的偏厚率(％)，α是管的擴(kuò)管率(％)。根據(jù)該式⑥，可以在擴(kuò)管之前預(yù)測(cè)出擴(kuò)管后的偏厚率。
在圖6中表示了由上述試驗(yàn)所得到的[實(shí)測(cè)抗壓強(qiáng)度/通過計(jì)算得到的擴(kuò)管后的厚度均勻管的抗壓強(qiáng)度]和擴(kuò)管后的偏厚率之間的關(guān)系。通過計(jì)算求出的擴(kuò)管后的厚度均勻的管的抗壓強(qiáng)度(C0)是根據(jù)以下式⑦求出的計(jì)算值。
C0＝2σy[{(D/t-1)}/(D/t)2][1+{1.47/(D/t)-1}] …⑦式⑦中的σy是管的圓周方向的屈服強(qiáng)度(單位MPa)，D是擴(kuò)管后的管的外徑(單位mm)，t是擴(kuò)管后的管的厚度(單位mm)。另外，對(duì)于式⑦，在塑性和加工、第30卷、第338號(hào)(1989)、第385～390頁中有說明。
由圖6可知，當(dāng)擴(kuò)管率為10％和20％時(shí)，如果擴(kuò)管后的管的偏厚率達(dá)到30％以上，則抗壓強(qiáng)度將顯著下降，其抗壓強(qiáng)度比壁厚均勻的管的抗壓強(qiáng)度下降2成以上。另外，當(dāng)擴(kuò)管率為30％時(shí)，若擴(kuò)管后的偏厚率在25％以上，則抗壓強(qiáng)度比沒有厚度偏厚現(xiàn)象的鋼管的抗壓強(qiáng)度降低2成以上。
抗壓強(qiáng)度像所述那樣下降的原因在于，如果由擴(kuò)管而變大的偏厚率超過25％～30％，則管的圓度會(huì)明顯變差，進(jìn)而該壁厚和圓度惡化的協(xié)同效果會(huì)對(duì)抗壓強(qiáng)度帶來不好的影響。另外，以30％以上的高擴(kuò)管率進(jìn)行了擴(kuò)管時(shí)，若擴(kuò)管后的偏厚率超過10％，則抗壓強(qiáng)度的下降會(huì)增大。但是，若要將[實(shí)測(cè)抗壓強(qiáng)度/厚度均勻管的抗壓強(qiáng)度]保持在0.80以上，則只要使擴(kuò)管后的偏厚率在30％以下就可以。
如前所述，擴(kuò)管后的管的偏厚率E1是可以用式⑥進(jìn)行預(yù)測(cè)。因此，使該E1在30％以下的條件滿足下式⑧。
E1＝(1+0.018α)E0≤30 …⑧由下式⑧，可以得到以下式①。
E0≤30/(1+0.018α) …①由圖6可知，E1的值越小，越優(yōu)選。因此，E0優(yōu)選滿足下式①-1，更優(yōu)選滿足式①-2。
E0≤25/(1+0.018α) …①-1E0≤10/(1+0.018α) …①-22、防止由擴(kuò)管引起的管的彎曲為了詳細(xì)調(diào)查鋼管的偏厚和擴(kuò)管后的彎曲之間的關(guān)系，研究了擴(kuò)管前的鋼管的偏厚的形態(tài)。因鋼管通過各種工序制造而得，所以會(huì)在各種工序中產(chǎn)生各種偏厚。如圖8(b)所示，除了360度周期的偏厚(稱作1元偏厚)以外，還有180度周期的偏厚(稱作2元偏厚)、120度周期的偏厚(稱作3元偏厚)、90度周期的偏厚(稱作4元偏厚)以及60度周期的偏厚(稱作6元偏厚)。這些偏厚可以正弦波函數(shù)用數(shù)學(xué)式表示。
如圖8(a)所示，鋼管的實(shí)際截面形狀是上述各種不同偏厚重疊而成的。也就是說，鋼管的實(shí)際偏厚是將用正弦波表示的各次元的偏厚疊加起來的。因此，若要求出k元的偏厚量，只要以一定間隔測(cè)定管截面的壁厚，并根據(jù)下式⑨將其厚度曲線(profile)進(jìn)行傅立葉變換即可。在這里，將k元偏厚量定義為，在k元偏厚成分的最大壁厚和在k元偏厚成分的最小壁厚之差。
K元偏厚量G(k)=4R2(k)+I2(k)...(9)]]>R(k)=1NΣi=1N{WT(i)·cos(2π/N·k·(i-1))}]]>I(k)=-1NΣi=1N{WT(i)·sin(2π/N·k·(i-1))}]]>這里，N表示管截面的壁厚測(cè)定點(diǎn)數(shù)，WT(i)是被測(cè)定的壁厚曲線，其中i＝1，2，…，N。
如在后述的[實(shí)施例2]中的說明，調(diào)查了鋼管的偏厚率和由于擴(kuò)管而發(fā)生的彎曲之間的關(guān)系。這時(shí)，將擴(kuò)管前的鋼管的偏厚分離為各次元的壁厚，確認(rèn)了各種偏厚率對(duì)擴(kuò)管后的彎曲的影響。其結(jié)果，確認(rèn)了如圖9、10和11所示的關(guān)系。這些圖表示著擴(kuò)管前鋼管的偏芯偏厚率和擴(kuò)管后鋼管的以“1/曲率半徑”表示的彎曲量之間的關(guān)系。由圖10和圖11可知原本存在于鋼管中的偏厚中，2元以上的偏厚對(duì)由于擴(kuò)管而發(fā)生的鋼管彎曲的影響小。另一方面，如圖9所示，圖8(b)所示的偏芯偏厚即1元偏厚最能促進(jìn)擴(kuò)管加工后的彎曲。
鋼管的偏芯偏厚(1元偏厚)，是在鋼管的制造工序中例如用穿孔機(jī)等進(jìn)行壓延時(shí)當(dāng)作為穿孔工具的芯棒(plug)撞在偏離圓柱形鑄片的中心位置而進(jìn)行穿孔時(shí)產(chǎn)生。即，偏芯偏厚是厚度薄的部分和厚度厚的部分分別以360度為周期存在的偏厚。因此，偏芯偏厚率(％)可用下式⑩定義。
偏芯偏厚率＝[(在偏芯偏厚成分中的最大壁厚-在偏芯偏厚成分中的最小壁厚)/平均壁厚]×100 …⑩如圖9所示，偏芯偏厚率越大，“1/曲率半徑”也變得越大。即彎曲變大。作為油井管而使用時(shí)，為了確保螺絲部的可靠性，“1/曲率半徑”必須在0.00015以下，優(yōu)選為0.0001以下，更優(yōu)選為0.00005以下。由圖9可知，如果擴(kuò)管前的鋼管的偏芯偏厚率在10％以下，優(yōu)選為8％以下，更優(yōu)選為5％以下，則即使以30％的擴(kuò)管率進(jìn)行擴(kuò)管，也可作為油井管而使用。
以上，對(duì)于本發(fā)明的鋼管，分為偏厚率和偏芯偏厚率進(jìn)行了說明。偏厚率是如圖8(a)所示由實(shí)際管橫截面的最大壁厚和最小壁厚求得。另一方面，偏芯偏厚是指如圖8(b)所示的一元偏厚的偏厚率。因此，只要滿足偏厚率滿足上述式①或者是偏芯偏厚率在10％以下之中的任一方就可以。但是，如果同時(shí)滿足以上2個(gè)條件，則擴(kuò)管后的鋼管的抗壓強(qiáng)度高且彎曲少。
3、鋼管的埋設(shè)方法本發(fā)明的埋設(shè)方法，其特征在于使用以上所述的本發(fā)明的鋼管進(jìn)行。具體的是按照以下順序進(jìn)行的埋設(shè)方法。
1)在挖掘的井內(nèi)埋設(shè)鋼管，然后進(jìn)一步挖掘所埋設(shè)的鋼管的前端部的地下以使井更深，接著向埋設(shè)的鋼管內(nèi)部插入外徑比該鋼管的內(nèi)徑小的第2鋼管，而將該第2鋼管埋設(shè)在變深的井內(nèi)。
2)利用插入到管內(nèi)的工具對(duì)該第2鋼管進(jìn)行擴(kuò)管，以使其直徑變大，然后挖掘該擴(kuò)管的第2鋼管的前端部的地下，以使井更深，接著在所擴(kuò)管的第2鋼管內(nèi)插入具有比該鋼管內(nèi)徑更小的外徑的第3鋼管，將其埋設(shè)在變深的井內(nèi)，并進(jìn)行擴(kuò)管。
3)重復(fù)進(jìn)行上述埋設(shè)和擴(kuò)管，依次埋設(shè)直徑更小的油井管。
這時(shí)，作為進(jìn)行擴(kuò)管的鋼管，使用了所述的本發(fā)明的鋼管。作為擴(kuò)管加工的方法，可選擇性地使用利用液壓提升芯棒或帶有錐度的芯軸或者用機(jī)械方法拉拔的各種方法。


圖1是說明以往的油井挖掘方法的圖。
圖2是說明利用擴(kuò)管法的油井挖掘方法的圖。
圖3是表示用擴(kuò)管法埋設(shè)的油井管的圖。
圖4是表示擴(kuò)管的狀態(tài)的縱向截面圖。
圖5是表示通過試驗(yàn)求得的擴(kuò)管前的鋼管的偏厚率和擴(kuò)管后的鋼管的偏厚率之間關(guān)系的圖。
圖6是表示擴(kuò)管后的鋼管的偏厚率和抗壓強(qiáng)度下降之間關(guān)系的圖。
圖7是表示用于求得偏厚率的管的壁厚測(cè)定位置的圖。
圖8是說明鋼管的偏厚形態(tài)的橫向截面圖。
圖9是表示擴(kuò)管前的鋼管的偏心偏厚率(1元偏厚率)和擴(kuò)管后的鋼管的彎曲量之間關(guān)系的圖。
圖10是擴(kuò)管前的鋼管的2元偏厚率和擴(kuò)管后的鋼管的彎曲量之間關(guān)系的圖。
圖11是擴(kuò)管前的鋼管的3元偏厚率和擴(kuò)管后的鋼管的彎曲量之間關(guān)系的圖。
具體實(shí)施例方式
下面，詳細(xì)地說明本發(fā)明地實(shí)施方式。
在本發(fā)明中，在埋設(shè)的鋼管內(nèi)插入具有比該埋設(shè)管的內(nèi)徑小的外徑的鋼管進(jìn)行擴(kuò)管，是為了如前所述，通過使之前所埋設(shè)的鋼管和之后所埋設(shè)的鋼管之間的間隙變小，使用于埋設(shè)油井管的挖掘面積變小。
用擴(kuò)管的方法使鋼管的直徑變大的方法沒有特別的限定，最優(yōu)選的方法是如圖2所示，向管內(nèi)插入設(shè)有錐度的工具(芯棒)，然后從油井管的下端注入油以施加壓力，通過油壓提升工具而進(jìn)行擴(kuò)管加工的方法。另外，也可以使用用機(jī)械方法拉拔工具的方法。
這時(shí)，關(guān)鍵是，作為進(jìn)行擴(kuò)管的油井管，使用本發(fā)明的鋼管。由此，可以抑制擴(kuò)管后鋼管的抗壓強(qiáng)度下降和彎曲。
沒有必要對(duì)作為套管的所有鋼管進(jìn)行擴(kuò)管。即使僅對(duì)1尺寸或2尺寸的套管用鋼管進(jìn)行擴(kuò)管，也具有減少油田挖掘面積的效果。若要對(duì)所有尺寸的鋼管進(jìn)行擴(kuò)管，因需要準(zhǔn)備多種擴(kuò)管用工具且會(huì)增加擴(kuò)管作業(yè)，所以最好考慮到這些所需的費(fèi)用，對(duì)必須進(jìn)行擴(kuò)管的鋼管進(jìn)行限定。
本發(fā)明的鋼管可以使用于新型的油田開發(fā)，也可使用于已有油田的修補(bǔ)。也就是說，當(dāng)套管的一部分破損或者腐蝕時(shí)，取出該部分套管，并插入所要替代的鋼管，并進(jìn)行擴(kuò)管，以此進(jìn)行修補(bǔ)。
本發(fā)明的鋼管，可以是焊接了鋼板的對(duì)接部分的電縫鋼管(ERW鋼管)，也可以是由鋼坯制得的無縫鋼管。制管之后，可以進(jìn)行淬火、回火等熱處理，冷拉等形狀矯正。對(duì)于化學(xué)組成也沒有特別的限制。例如，C-Mn鋼、Cr-Mo鋼等低合金鋼，13Cr鋼，高Ni鋼等鐵素體系，馬氏體系，2相系和奧氏體系的不銹鋼也可以使用。
在之前所示的(a)、(b)和(c)的鋼管是優(yōu)選鋼管的代表例。下面說明該優(yōu)選鋼管的各成分的作用效果和含量。
CC是確保鋼的強(qiáng)度且為獲得充分的淬火性能而所需的元素。為了獲得這些效果，優(yōu)選的含量在0.1％以上。若含量低于0.1％，則若要得到所需的強(qiáng)度，需要在低溫下進(jìn)行回火，硫化物應(yīng)力腐蝕裂縫(以下記為SSC)的敏感性變大，所以不理想。相反，如果C的含量超過0.45％，則淬火時(shí)的淬裂敏感性增大，且韌性也變差。因此，C的含量在0.1～0.45％是優(yōu)選的。更優(yōu)選是在0.15～0.3％。
SiSi具有作為鋼的脫氧劑的效果和提高回火軟化阻力從而提高強(qiáng)度的效果。如果其含量低于0.1％，則這些效果不夠充分。相反，如果Si的含量超過1.5％，則鋼的熱加工性會(huì)顯著變差。因此，Si的含量在0.1～1.5％是優(yōu)選的。更優(yōu)選的范圍是0.2～1％。
MnMn是增加鋼的淬火性以確保鋼管的強(qiáng)度所需的有效元素。若其含量低于0.1％，則其效果不夠充分，且強(qiáng)度和韌性將同時(shí)下降。相反，若Mn的含量超過3％，則其偏析變多，使韌性下降。因此，Mn含量的范圍在0.1～3％優(yōu)選的。更優(yōu)選的范圍是0.3～1.5％。
PP是在鋼中作為雜質(zhì)而含有的元素。如果其含量超過0.03％，則會(huì)偏析到晶粒邊界上使韌性下降，所以P含量?jī)?yōu)選在0.03％以下。含量越少越好，更優(yōu)選的是在0.015％以下。
SS是在鋼中作為雜質(zhì)而含有的元素。由于它與Mn或Ca等元素形成硫化物系的夾雜物，使韌性變差，所以其含量越少越好。若含量超過0.01％，則韌性的劣化變得顯著，所以優(yōu)選在0.01％以下。更優(yōu)選的是在0.005％以下。
sol.AlAl是作為鋼的脫氧劑而使用的元素。若sol.Al含量超過0.05％，則不僅脫氧效果達(dá)到飽和，而且會(huì)導(dǎo)致鋼的韌性的下降。因此，sol.Al的含量?jī)?yōu)選在0.05％以下。sol.Al實(shí)際上可以不含有，但為了充分得到上述的效果，優(yōu)選使其含量在0.01％以上。
NN是在鋼中作為雜質(zhì)而含有的元素，與Al或Ti等元素形成氮化物。特別是，當(dāng)AlN或TiN大量地析出時(shí)，鋼的韌性會(huì)變差。因此，N的含量?jī)?yōu)選在0.01％以下。N的含量越少越好，但更為優(yōu)選的是0.008％以下。
CaCa是根據(jù)需要而含有的元素，它在改變硫化物的形態(tài)而提高韌性方面有效。因此，特別是鋼管的韌性顯得重要時(shí)含有為好。為了充分地得到該效果，含有0.001％以上為好。另外，若Ca的含量超過0.005％，則夾雜物的生成量大，會(huì)成為點(diǎn)腐蝕的起點(diǎn)等而在耐腐蝕性方面上出現(xiàn)負(fù)面影響。因此，當(dāng)含有Ca時(shí)Ca的含量范圍在0.001～0.005％為好。更為理想的范圍是在0.002～0.004％。
在具有上述化學(xué)組成的油井管中，若要進(jìn)一步提高強(qiáng)度，以含有Cr、Mo、V中的1種以上為好。并且，若要防止高溫區(qū)域中的晶粒的粗大化，以確保韌性，含有Ti和Nb中的一種以上為好。以下，說明各元素的優(yōu)選的范圍。
Cr、Mo和V中的一種以上通過含有適當(dāng)量的這些元素，可以有效地提高鋼的淬火性，提高強(qiáng)度。若要得到這些效果，優(yōu)選在下述的含量范圍內(nèi)含有上述元素的1種或2種以上。另一方面，若含量超過適當(dāng)?shù)牧浚瑒t這些元素容易形成粗大的碳化物，在大多數(shù)情況下反而會(huì)導(dǎo)致韌性或耐腐蝕性的劣化。
另外，Cr除了具有上述效果之外，在使高溫二氧化碳環(huán)境中的腐蝕速度變小的方面也有效的。同樣地，Mo具有抑制由于P等的晶界偏析而引起的脆化的效果，V也具有提高回火軟化阻力的效果。
Cr0.2～1.5％。更優(yōu)選的范圍是在0.3～1％。
Mo0.1～0.8％。更優(yōu)選的范圍是在0.3～0.7％。
V0.005～0.2％。更優(yōu)選的范圍是在0.008～0.1％。
Ti以及Nb這些元素是，通過含有適當(dāng)量而形成TiN或NbC，并以此具有防止晶粒的粗大化、提高韌性效果的元素。若要得到防止晶粒粗大化的效果，以在下述的含量范圍內(nèi)含有這些元素中的1種或2種為好。另外，若含量超過適當(dāng)?shù)牧?，則TiC或NbC的生成量會(huì)成為過量，使鋼的韌性變差。
Ti0.005～0.05％。更優(yōu)選的范圍是在0.009～0.03％。
Nb0.005～0.1％。更優(yōu)選的范圍是在0.009～0.07％。
實(shí)施例[實(shí)施例1]熔煉表1中所示的4種化學(xué)組成的鋼，并用通常的滿乃斯曼-mandrel制管法制造了外徑為139.7mm、壁厚為10.5mm、長(zhǎng)度為10m的無縫鋼管。對(duì)該鋼管進(jìn)行淬火-回火的熱處理，制得API-L80級(jí)別(屈服強(qiáng)度570MPa)等同品。
根據(jù)UST測(cè)定鋼A、鋼B及鋼C的鋼管的擴(kuò)管前的偏厚率，測(cè)定后，在管內(nèi)插入芯棒，用機(jī)械方法進(jìn)行拉拔擴(kuò)管加工。以管坯內(nèi)徑的擴(kuò)大率，做成10％、20％和30％等3種擴(kuò)管率。
圖4是擴(kuò)管加工中的芯棒周邊的截面圖。如圖4所示，管坯5是通過固定擴(kuò)管開始側(cè)的端部，并用機(jī)械方法拉拔芯棒4而進(jìn)行了擴(kuò)管。芯棒前端部的錐度角α為20度。根據(jù)所述式②求出了擴(kuò)管率。若使用圖4中的符號(hào)，具體如下。
擴(kuò)管率＝[(擴(kuò)管后的內(nèi)徑d1-擴(kuò)管前的內(nèi)徑d0)/d0]×100根據(jù)UST測(cè)定了擴(kuò)管前的鋼管和擴(kuò)管后的鋼管的壁厚分布。并由測(cè)定的壁厚求出了偏厚率。根據(jù)API規(guī)格的RP37測(cè)定了擴(kuò)管加工后的鋼管的抗壓強(qiáng)度。另外，厚度分布的測(cè)定是，如根據(jù)圖7所作出的說明，在管的長(zhǎng)度方向上以500mm為間距，在10處橫截面的每一橫截面上每隔22.5度的間距在16處進(jìn)行。在其測(cè)定結(jié)果中，將最大的偏厚率示于表2中。表2中的C1/CO是，擴(kuò)管后的鋼管的實(shí)測(cè)抗壓強(qiáng)度(C1)和根據(jù)上述⑦式計(jì)算得到的沒有偏厚的鋼管的抗壓強(qiáng)度(CO)的比值。
由表2可知，滿足式①即滿足E0≤30/(1+0.018α)的本發(fā)明例中，在所有的擴(kuò)管率下，抗壓強(qiáng)度高，且C1/CO在0.8以上。另一方面，使用偏厚率不滿足式①的鋼管進(jìn)行擴(kuò)管的比較例，在所有的擴(kuò)管率下抗壓強(qiáng)度低，且C1/CO小于0.8。
表1

表2

注C1擴(kuò)管后的鋼管的抗壓強(qiáng)度、CO沒有偏厚的鋼管的抗壓強(qiáng)度的計(jì)算值。
備注欄的○是本發(fā)明例，×是比較例[實(shí)施例2]使用表1中的D鋼，與實(shí)施例1同樣地制造外徑為139.7mm、壁厚為10.5mm、長(zhǎng)度為10m的無縫鋼管，并對(duì)該鋼管進(jìn)行淬火-回火的熱處理，制得API-L80級(jí)別等同品。
根據(jù)UST確認(rèn)了擴(kuò)管前的鋼管的厚度曲線。厚度曲線是，如圖7所示，根據(jù)在管的長(zhǎng)度方向上以500mm為間距，在10處橫截面的圓周方向上進(jìn)行16等分而定的測(cè)定位置上測(cè)定其壁厚而求得。由該壁厚曲線，根據(jù)傅立葉解析抽取偏芯偏厚(1元偏厚)、2元偏厚和3元偏厚的成分，求出了各成分的偏厚率。其結(jié)果表示于表3中。表3的測(cè)定No.是，在管的長(zhǎng)度方向上的測(cè)定位置處的序號(hào)。
表3

使用上述管坯，按照與實(shí)施例1相同的方法進(jìn)行擴(kuò)管。擴(kuò)管率為10％、20％和30％。
在管坯長(zhǎng)度方向的偏心偏厚率最大的部位(表3的測(cè)定No.1的位置)上，測(cè)定了擴(kuò)管后的鋼管彎曲的曲率半徑。也測(cè)定了其他部位的曲率半徑，但這些值大，并不是實(shí)用上成為障礙的彎曲。
在圖9、圖10和圖11中分別表示了管坯的1元偏厚(偏芯偏厚)、2元偏厚、3元偏厚的偏厚率和擴(kuò)管后的鋼管的曲率半徑的倒數(shù)之間的關(guān)系。如圖9所示，偏芯偏厚率超過10％的管坯中，由擴(kuò)管而產(chǎn)生的彎曲顯著大。如圖10和圖11所示，2元或3元的沒有偏芯的偏厚和彎曲量之間的關(guān)聯(lián)少。由以上事實(shí)可知，若要抑制擴(kuò)管后的彎曲，重要的是將管坯的偏心偏厚率控制在10％以下。
本發(fā)明的鋼管在擴(kuò)管之后也具有高的抗壓強(qiáng)度。并且，由擴(kuò)管而導(dǎo)致的彎曲也小。通過對(duì)鋼管使用埋設(shè)擴(kuò)管法，可得到使井的挖掘面積小且提高油井管的可靠性等效果。
權(quán)利要求
1.一種鋼管，是在被插入到井內(nèi)的狀態(tài)下被擴(kuò)管的鋼管，其特征在于擴(kuò)管前的偏厚率E0(％)滿足下式①E0≤30/(1+0.018α) ···①其中α是根據(jù)下式②計(jì)算得到的擴(kuò)管率(％)，α＝[(擴(kuò)管后的管的內(nèi)徑-擴(kuò)管前的管的內(nèi)徑)/擴(kuò)管前的管的內(nèi)徑]×100 ···②。
2.一種鋼管，是在被插入到井內(nèi)的狀態(tài)下被擴(kuò)管的鋼管，其特征在于偏心偏厚率在10％以下。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鋼管，是以質(zhì)量％計(jì)，C0.1～0.45％、Si0.1～1.5％、Mn0.1～3％、P0.03％以下、S0.01％以下、sol.Al0.05％以下、N0.01％以下、Ca0～0.005％、其余由Fe和雜質(zhì)構(gòu)成的鋼管。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鋼管，是以質(zhì)量％計(jì)，C0.1～0.45％，Si0.1～1.5％，Mn0.1～3％，P0.03％以下，S0.01％以下，sol.Al0.05％以下，N0.01％以下，Ca0～0.005％，以及Cr0.2～1.5％、Mo0.1～0.8％、和V0.005～0.2％中的1種或2種以上，其余由Fe和雜質(zhì)構(gòu)成的鋼管。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的鋼管，其中，代替一部分Fe，以質(zhì)量％計(jì)含有Ti0.005～0.05％和Nb0.005～0.1％中的一種或兩種。
6.一種油井用鋼管的埋設(shè)方法，是在挖掘的井內(nèi)埋設(shè)鋼管，并進(jìn)一步挖掘所埋設(shè)的鋼管的前端部的地下，以使井更深，然后在所埋設(shè)的鋼管內(nèi)插入具有比該鋼管內(nèi)徑更小的外徑的鋼管，將其埋設(shè)在變深的井內(nèi)，并利用插入到管內(nèi)的工具對(duì)該鋼管進(jìn)行擴(kuò)管，以使其直徑變大，然后挖掘所擴(kuò)管的鋼管的前端部的地下，以使井更深，接著在所擴(kuò)管的鋼管內(nèi)插入具有比該鋼管內(nèi)徑更小的外徑的鋼管，將其埋設(shè)在變深的井內(nèi)進(jìn)行擴(kuò)管，反復(fù)進(jìn)行這樣的操作，以此，依次埋設(shè)直徑更小的鋼管的方法，其中作為擴(kuò)管的鋼管，使用了上述權(quán)利要求1～5的任意一項(xiàng)所述的鋼管。
全文摘要
(1)一種鋼管，是在被插入到油田等的井內(nèi)的狀態(tài)下被擴(kuò)管的鋼管，其特征在于擴(kuò)管前的偏厚率E0(％)滿足下式①E0≤30/(1+0.018α)…①；其中α是根據(jù)下式②計(jì)算得到的擴(kuò)管率(％)，α＝[(擴(kuò)管后的管的內(nèi)徑－擴(kuò)管前的管的內(nèi)徑)/擴(kuò)管前的管的內(nèi)徑]×100…②；(2)一種鋼管，是被插入到井的狀態(tài)下被擴(kuò)管的鋼管，其特征在于偏心偏厚率在10％以下。如果使用上述(1)或(2)的鋼管實(shí)施埋設(shè)擴(kuò)管法，則可防止被擴(kuò)管的鋼管的抗壓強(qiáng)度的下降，且使鋼管的彎曲變小。
文檔編號(hào)B21B39/20GK1529787SQ0280628
公開日2004年9月15日 申請(qǐng)日期2002年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2001年3月9日
發(fā)明者荒井勇次, 近藤邦夫, 天谷尚, 山根明仁, 仁, 夫 申請(qǐng)人:住友金屬工業(yè)株式會(huì)社