(57)【要約】【課題】油井やガス井に用いる油井管の深さに応じた腐食環境の差を簡便に求め、この深さによる環境条件の違いに応じて最適な鋼材を選定する。【解決手段】井戸の深さに応じて硫化物応力割れ感受性が異なる複数の油井管を使用するものとし、その際、該井戸の深さによる温度分布を考慮して、使用する複数の油井管用鋼材に硫化物応力割れが発生する臨界pHと同じpHとなる温度をそれぞれ推定し、これらの温度となる深さ位置を油井管の切替深度として、最深部に用いる油井管用鋼材よりも、より浅い領域に用いる油井管用鋼材として、順次、硫化物応力割れ試験（SSC試験）における硫化物応力割れ感受性が低い鋼材を選定する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
井戸の深さに応じて硫化物応力割れ感受性が異なる複数の油井管を使用するものとし、その際、該井戸の深さによる温度分布を考慮して、使用する複数の油井管用鋼材に硫化物応力割れが発生する臨界pHと同じpHとなる温度をそれぞれ推定し、これらの温度となる深さ位置を油井管の切替深度として、最深部に用いる油井管用鋼材よりも、より浅い領域に用いる油井管用鋼材として、順次、硫化物応力割れ試験（SSC試験）における硫化物応力割れ感受性が低い鋼材を選定する油井管用鋼材の選定方法。
ここに、SSC試験とは、H2Sを含む腐食環境下において、応力を付与した試験片の割れ感受性を評価する各種試験を指す。
【請求項２】
油井管用鋼材に硫化物応力割れが発生する臨界pHと同じpHとなると推定される温度になる井戸の深さを、井戸底部の温度と井戸最上部における温度の比例関係から決定する請求項１に記載の油井管用鋼材の選定方法。
【請求項３】
井戸底部の温度の実測値または推定値と、CO2分圧、H2S分圧、塩化物イオン濃度およびHCO3-イオン濃度の１つ以上の実測値または推定値から、油井管用鋼材に割れが発生する臨界pHと同じpHとなる温度を推定する請求項１または２に記載の油井管用鋼材の選定方法。
【請求項４】
井戸の深さを２分して、２種類の鋼材からなる油井管を用いる場合に、切替深度よりも深い領域に使用する油井管用鋼材として質量％でCr含有量が19％未満の鋼材を、一方該切替深度よりも浅い領域に使用する油井管用鋼材として19％Cr鋼、22％Cr鋼、25％Cr鋼、α−γ二相系ステンレス鋼、オーステナイトステンレス鋼またはNi基合金鋼を、それぞれ選定する請求項１〜３のいずれかに記載の油井管用鋼材の選定方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の油井管用鋼材の選定方法を用いる井戸の設計方法。
【請求項６】
複数の油井管が連接された連続油井管をそなえる井戸であって、
該連続油井管の各油井管は、井戸の深さによる温度分布を考慮して、使用する複数の油井管に硫化物応力割れが発生する臨界pHと同じpHとなる温度がそれぞれ推定され、これらの温度となる深さ位置を油井管の切替深度として接続され、
かつ、最深部に用いる油井管よりも、より浅い領域に用いる油井管ほど、硫化物応力割れ試験（SSC試験）における硫化物応力割れ感受性が低い鋼材を順次使用してなる井戸。
ここに、SSC試験とは、H2Sを含む腐食環境下において、応力を付与した試験片の割れ感受性を評価する各種試験を指す。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、油井やガス井などの井戸において石油や天然ガスの生産に用いられる油井管のうち、特にステンレス鋼管について、井戸の深さによる腐食性の差を考慮して、適切な耐食性を有する鋼管を選定するための油井管用鋼材の選定方法に関するものである。
また、本発明は、上記の油井管用鋼材の選定方法を利用した井戸の設計方法、さらには上記の油井管用鋼材の選定方法を利用して設計した井戸に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
石油、天然ガスの生産に用いられる油井管には、一般に炭素鋼やステンレス鋼が用いられる。これらの材料は、生産環境において高温の腐食環境に曝されるため、CO2腐食や応力腐食割れ（SCC：Stress Corrosion Cracking）、硫化物応力割れ（SSC：Sulfide Stress Cracking）などを生じることがある。
【０００３】
CO2腐食は、高温高圧のCO2環境で生じる腐食形態を示し、CO2分圧およびH2S分圧の影響も受けるが、塩化物イオン濃度が高く、高温ほど一般に腐食性が強い。かようなCO2腐食に対しては、鋼の成分、特にCr量が多いほど耐食性が向上する。
【０００４】
SCCは、高温のCO2環境下で、長手方向または周方向に応力がかかる油井管に発生する応力腐食割れである。一般に割れは、応力に対して垂直方向に発生し、塩化物イオン濃度が高く、低温ほど割れ感受性が高くなる。割れの発生機構については、必ずしも明らかにされていないが、APC（Active Pass Corrosion）型の腐食で水素の影響が小さいという報告や、孔食部の水素侵入が原因であるという報告などがある。また、低分圧であるもののH2Sを含む環境も多いため、CO2腐食や水素発生反応においてH2Sが影響している可能性も指摘されている。
【０００５】
SSCは、一般に低温のH2Sを含むサワー環境において、SCC同様に長手方向また周方向に応力がかかる油井管に発生する水素起因の割れである。一般に割れは、応力に対して垂直方向に発生し、塩化物イオン濃度が高く、高H2S分圧、低い溶液pHほど、割れ感受性が高くなる。耐SSC性は、CO2腐食の場合と同様に、鋼の成分、特にCr量が多いほど一般的に優れる。
【０００６】
このような腐食や割れによる鋼管の損傷によるトラブルや生産への影響を避けるため、油井管は井戸の最も厳しい条件に十分耐え得る鋼材を用いて設計される。一般的には、井戸の深さに対して全て同じ材料を用いるフルストリング（Full String）設計により油井管が敷設される。
しかし、開発環境の厳格化に伴い、開発コストが上昇しており、井戸の開発費削減が要求されている。例えば油井は、深さにより温度が変化し、これにより鋼管が曝される環境の腐食性も変化する。このような深さによって異なる要求性能に対して、性能の異なる鋼材を用いて設計する油井管をミックスストリング（Mixed String）またはコンビネーションストリング（Conbination String）という。
【０００７】
例えば、非特許文献１には、ミックスストリングによる設計が概説されている。この非特許文献１では、油井管を敷設する井戸の深さのうち、コラプスの危険性の高い深さ部位にのみ、耐コラプス性能に優れた厚肉の油井管を用いることが述べられている。
【０００８】
また、特許文献１には、コンビネーションストリングの材料選定方法が提案されている。この方法では、井戸の深さ（セグメント）における環境条件を計算して、それぞれのセグメントにおける候補材料の耐性を評価して、その中でコスト的に最も有利な材料を用いて油井管を設計するとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平10-221238号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】The Vallorec Oil & Gas Magazine, #04 April(2013)15
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
石油、天然ガスの井戸にフルストリングの油井管を敷設する場合、一般的には井戸の深さにより腐食環境の差はあるものの、その中で最も厳しいと考えられる環境で耐性を備えた鋼材を用いて設計される。このため、深さの違いによって比較的緩慢な腐食環境に曝される部位については、必要性能以上の性能を有する鋼材を適用することになる。
このような性能過多による余分なコスト上昇を避けるため、油井管の深さによる腐食性の差を予測し、腐食の厳しさに対して十分な耐性を備えた鋼材を選定することが有利である。
【００１２】
特許文献１に記載の材料選定方法は、井戸の深さをセグメントに分割し、各セグメントの環境の腐食性を定量的に推定し、さらにその腐食性に対する全面腐食、局部腐食、SSCなどの腐食現象を１つずつ検証していく材料選定方法である。このような選定方法は、油井管の候補材料の性能を１つずつ検証していくという確実な方法ではあるが、一方で各材料の詳細な耐食性や割れに関するデータが揃っていないと、最適な材料の選定を行うことができないという問題がある。また、環境条件の入力情報として、多種の化学種の入力が必要であるが、各化学種の詳細な情報を得ることは非常に困難である。
【００１３】
本発明は、上記の実情に鑑み開発されたもので、油井やガス井に用いる油井管の深さに応じた腐食環境の差を簡便に求め、この深さによる環境条件の違いに応じて最適な鋼材を選定することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するべく、本発明者らは、高温の井戸底部から井戸上部の温度変化による環境変化に着目した。
すなわち、高温高圧環境下におけるSCCの割れ機構が、水素による割れであるという視点に立った場合、水素の侵入や割れは環境のpHに強く影響を受ける。高温において、鋼中での拡散速度が大きくなるため、一般的に鋼中の水素濃度は低下する。逆に低温では、反応速度は小さくなるものの、鋼中水素量は増加する傾向となる。そのため、低温で割れが発生しなければ、それ以上の温度では割れが発生しないと考えられる。
【００１５】
また、油井管材料の低温での割れ発生限界は、地層水を模擬したClイオン濃度12000ppm（20％NaCl溶液）と、凝縮水を模擬したClイオン濃度1000ppm（0.165％NaCl溶液）において、pHとH2S分圧を変えてSSC試験を行うことで、SSCの発の生有無を示すドメインマップとして評価することができる。そして、H2S分圧が一定であれば、SSCの割れはpHに依存する。SSC試験は室温での割れ評価であるから、割れ発生の臨界pH以上であれば、実使用に際して割れは発生しないとみなすことができる。
【００１６】
井戸底部の環境条件から、井戸の深さが浅くなるに従い温度が低下する。また、pHは温度の低下に伴い低下する。
そこで、発明者らは、上記した井戸の深さによるpH変化を、井戸底部の環境条件から予測し、臨界pHとなる深さを決め、その深さを基準に材料の選定を行うことで、簡便にミックスストリングの設計が可能ではないかとの考えに立脚して、種々研究を進めた結果、本発明を完成させるに至った。
【００１７】
上記知見に基づき完成された本発明の要旨構成は、以下のとおりである。
１．井戸の深さに応じて硫化物応力割れ感受性が異なる複数の油井管を使用するものとし、その際、該井戸の深さによる温度分布を考慮して、使用する複数の油井管用鋼材に硫化物応力割れが発生する臨界pHと同じpHとなる温度をそれぞれ推定し、これらの温度となる深さ位置を油井管の切替深度として、最深部に用いる油井管用鋼材よりも、より浅い領域に用いる油井管用鋼材として、順次、硫化物応力割れ試験（SSC試験）における硫化物応力割れ感受性が低い鋼材を選定する油井管用鋼材の選定方法。
ここに、SSC試験とは、H2Sを含む腐食環境下において、応力を付与した試験片の割れ感受性を評価する各種試験を指す。
【００１８】
２．油井管用鋼材に硫化物応力割れが発生する臨界pHと同じpHとなると推定される温度になる井戸の深さを、井戸底部の温度と井戸最上部における温度の比例関係から決定する前記１に記載の油井管用鋼材の選定方法。
【００１９】
３．井戸底部の温度の実測値または推定値と、CO2分圧、H2S分圧、塩化物イオン濃度およびHCO3-イオン濃度の１つ以上の実測値または推定値から、油井管用鋼材に割れが発生する臨界pHと同じpHとなる温度を推定する前記１または２に記載の油井管用鋼材の選定方法。
【００２０】
４．井戸の深さを２分して、２種類の鋼材からなる油井管を用いる場合に、切替深度よりも深い領域に使用する油井管用鋼材として質量％でCr含有量が19％未満の鋼材を、一方該切替深度よりも浅い領域に使用する油井管用鋼材として19％Cr鋼、22％Cr鋼、25％Cr鋼、α−γ二相系ステンレス鋼、オーステナイトステンレス鋼およびNi基合金鋼を、それぞれ選定する前記１〜３のいずれかに記載の油井管用鋼材の選定方法。
【００２１】
５．前記１〜４のいずれかに記載の油井管用鋼材の選定方法を用いる井戸の設計方法。
【００２２】
６．複数の油井管が連接された連続油井管をそなえる井戸であって、
該連続油井管の各油井管は、井戸の深さによる温度分布を考慮して、使用する複数の油井管に硫化物応力割れが発生する臨界pHと同じpHとなる温度がそれぞれ推定され、これらの温度となる深さ位置を油井管の切替深度として接続され、
かつ、最深部に用いる油井管よりも、より浅い領域に用いる油井管ほど、硫化物応力割れ試験（SSC試験）における硫化物応力割れ感受性が低い鋼材を順次使用してなる井戸。
ここに、SSC試験とは、H2Sを含む腐食環境下において、応力を付与した試験片の割れ感受性を評価する各種試験を指す。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、井戸の深さにより変化する油井管の腐食性を考慮し、油井管の深さに応じて最適な油井管用鋼材を選定、使用するミックスストリング設計を簡便に行うことができる。これによりエネルギー生産の生産安全性とコストの両立が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】一般的な鋼管敷設の模式図（フルストリング設計）である。
【図２】２種類の鋼管を組合わせた鋼管敷設の模式図（ミックスストリング設計）である。
【図３】２種類の鋼管の割れの限界条件を表すSSCマップを説明する図である。
【図４】井戸の深さとpHの関係を説明する図である。
【図５】井戸の深さの変化に伴うpH変化を説明する図である。
【図６】15％Cr鋼および22％Cr鋼の適用限界を説明する図である。
【図７】15％Cr鋼と22％Cr鋼の切替深度の求め方を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明を具体的に説明する。
本発明は、油井やガス井などの井戸において石油や天然ガスの生産に用いられる鋼管材料のうち、特にステンレス鋼について、井戸の深さによる腐食性の差を考慮して、適切な鋼管材料を選定しようとするものである。
【００２６】
以下、その一実施形態を説明する。この形態は、井戸の深さを２分して、２種類の鋼材からなる油井管を用いる場合である。
図１は、井戸に設置した一般的な油井管（フルストリング）の断面を模式的に示した図である。同図において、油井管の最上部をwell head（WH）といい、最下部をbottom hole（BH）と呼ぶ。WHからBHまでの深さは、井戸によっても異なるが、現在の天然ガスの貯留深さは5000ｍに及ぶ場合もある。一般的に、BHは高温であり、WHに近づくにつれて温度が低下する。油井管に用いられる鋼管には、井戸深さの中で最も厳しい環境で耐性を有する鋼材が適用されるのが一般的である。
【００２７】
これに対して、図２には、井戸の深さに応じて油井管として２種類の鋼管を用いた例を示す。先に述べたように、温度はWHに近づくにつれて低下する。一般にSSCやSCCの割れは、低温になるほど感受性が高くなる。特にH2Sを含むサワー環境では、WH付近は低温であり、鋼管の自重による応力も大きくなることからSSCの感受性が高くなる。
従って、この図２の場合には、鋼管１として、相対的に高グレードな硫化物応力割れ感受性が低い鋼管、例えば二相ステンレス鋼を、一方鋼管２として、低グレードな硫化物応力割れ感受性が高い鋼管、例えば13％Crステンレス鋼を用いることになる。
【００２８】
本発明において、使用する鋼材のグレードは、基本的にCr含有量に応じて分別するものとし、Cr含有量が19mass％以上を高グレード材、19mass％未満を低グレード材とする。ここに、高グレード材としては、19％Cr鋼、22％Cr鋼、25％Cr鋼、α−γ二相系ステンレス鋼、オーステナイトステンレス鋼およびNi基合金鋼などがとりわけ有利に適合する。一方、低グレード材としては13％Cr鋼や15％Cr鋼が好適である。
【００２９】
また、本発明において、硫化物応力割れ（SSC）とは、硫化水素（H2S）を含んだ腐食環境で、応力付与した条件下で材料が割れる現象を指す。
SSC試験とは、NACE規格のTM0177（NACE TM0177-2005, Laboratory Testing of Metals for Resistance to Sulfide Stress Cracking and Stress Corrosion Cracking in H2S Environment）や、EFC規格17に記載されている試験方法であって、H2S存在下での水素脆化を測定する試験方法が一般的である。H2Sガスを通気することで所定のH2S濃度に管理した溶液中に、応力を付与した定荷重片、Ｃリング試験片、４点曲げ片などの試験片を、指定時間浸漬させたときに、破断や亀裂の発生の有無により材料の割れ感受性を評価する方法である。
また、同様の溶液中に、DCB試験片を、くさびを入れたままの状態で設置して、試験後にくさびを取るべく引張試験を行い、その際に求められる荷重（Lift-offロード）と割れの伝播距離からＫ１値を求めることで材料の割れ感受性を評価する方法、その他、SSRT（Slow Strain Rate Test：NACE TM0198-2016, Slow Strain Rate Test Method）やRipple-SSRTなどの評価方法もあるが，これらを総じてSSC試験という。
【００３０】
なお、NACE TM0177では、SSCとは室温での現象と記載されているが、ここではSSCとは硫化水素（H2S）を含んだ腐食環境で生じる現象を指し、室温以上、全圧が大気圧以上の環境で、応力負荷条件下で材料が割れる現象も含めている。割れの現象としては、脆化破面を有する割れを特徴とする水素脆化現象も含んだ試験を指し、すなわち硫化水素を含む環境で、応力付与した試験片の破断有無を評価する定荷重試験、もしくは、SSRT試験、Ripple-SSRT等の応力付与条件を含む試験方法となる。
【００３１】
次に、SSCにおける割れの限界条件を示すSSCマップについて説明する。図３は、２種類の鋼管１および鋼管２のSSC試験を行った結果を示すSSCマップである。SSCの発生を支配する因子として、H2S分圧と溶液のpHが挙げられる。一般には、高いH2S分圧ほど、また低pHであるほど、SSCによる割れが発生し易い。
鋼管１および鋼管２について示した線は、SSCの割れ発生の臨界条件を示すもので、これらの線より右下の条件において割れが発生し、左上の条件では割れないということを表した図である。なお、ここでは線上は割れが発生しないものとする。
図３の結果では、鋼管１の方が鋼管２よりもSSCの割れ感受性が低いと言うことができる。
【００３２】
ここに、塩化物イオン濃度も表面の不働態皮膜を破壊して、SSCに影響を及ぼす。ただし、油井では、生産の初期と後期とでは水分の質が異なり、初期は水蒸気に起因する凝縮水として低塩化物濃度の水分が、一方後期は地層水が主体であり高塩化物濃度の水分となる。このため、一般的には凝縮水として0.16mass％NaClを用い、一方地層水としては20mass％NaClを用いてSSC試験を行うことで、井戸の塩化物の影響範囲はおおよそ網羅されると考えられる。また、割れには応力の影響も大きいが、一般的には鋼管の降伏強度（AYS）の100％ないしは90％の応力が負荷されることはほとんどない。そのため、90％あるいは100％AYSの応力でSSC試験を行うことで応力の観点での最悪条件を勘案することができる。
【００３３】
次に、図２で示したような異なる種類の鋼管１，２を用いて油井管を敷設するミックスストリングにおける材料の選定方法について述べる。
図４は、油井管が設置される井戸深さと溶液のpHの関係を示す図である。同時に温度および圧力の変化も付記している。BHは一般に高温なので、比較的pHは高い状況にある。井戸深さが浅くなるにつれて温度が低下し、CO2ガスの溶解度が上昇するため、pHは低下する傾向がある。
【００３４】
ここで、鋼管２のBHにおける腐食速度は十分に小さく、この鋼管２を適用できるものと考える。井戸深さが浅くなると温度が低下するので、腐食速度は小さくなるものの、割れの危険性は高まる。ここで、井戸におけるH2S分圧を一定と考えると、割れ感受性はpHによって決まる。従って、BHにおけるpHの実測値あるいは推定値が与えられれば、SSCが発生する臨界のpHとなる温度を計算することができる。この温度は、SSC試験が通常行われる室温より高温であるため、この環境における割れ感受性は、SSC試験に比べて低く、材料を選定する上で安全側の評価と言える。なお、井戸の温度分布は、直線的に分布していると仮定して求めることができる。より好ましくは、実測値により温度分布を得ることである。
従って、上記した臨界pHとなる温度と同じ温度になる井戸深さを鋼管の切替深度として、切替深度よりも深い領域で鋼管２を適用し、浅い領域では鋼管１を適用する材料選定を行うことで、ミックスストリングの設計を行うことができる。
【００３５】
図５は、図４における概念をSSCマップ上に描いた図である。
同図に示したとおり、BHにおいてはpHが高いため鋼管２を適用できるが、井戸深さが浅くなるにつれてpHが低下するため、鋼管２の臨界pH以下となる深さでは、鋼管２を適用することができない。従って、鋼管２の臨界pH以下となる深さでは鋼管１を用いる必要があり、この時の臨界pHになる深さが切替深度となる。
【００３６】
以上、井戸深さを２分し、２種類の鋼材からなる油井管を敷設する場合について説明したが、井戸深さを３分あるいは４分し、３種類あるいは４種類の鋼材からなる油井管を敷設する場合も同様にして行うことができる。
すなわち、それぞれの鋼材について、硫化物応力割れが発生する臨界pHと同じpHとなる温度を求め、これらの温度となる深さ位置を鋼管の切替深度として、より浅い深さ領域に用いる鋼管としてはより高グレード材の鋼材を選定使用するのである。
【実施例】
【００３７】
実施例１（井戸深さを２分する場合）
井戸生産時における井戸最下部の環境および井戸上部の環境についての求めた結果を表１に示す。具体的には、井戸最下部の環境は次のとおりである。BH温度：180℃、BH圧力：58.6MPa、CO2分圧：5.2MPa、H2S分圧：0.008MPa、塩化物イオン濃度：95000ppm、HCO3-濃度：50ppm。一方、井戸の生産を止めた場合のShut In時における井戸上部の環境の測定結果は、以下のとおりである。WH温度：25℃、WH圧力：46.9MPa、CO2分圧：4.2MPa、H2S分圧：0.006MPa、塩化物イオン濃度：1000ppm、HCO3-濃度：50ppm。
OLI社のOLI Analyzerを用いて井戸の上部および下部の環境条件から、それぞれのpHを計算すると表１のようになる。すなわち、井戸の最下部ではpHは5.4となるが上部では3.1まで低下することが予想される。
【００３８】
【表１】
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【００３９】
このとき、井戸の下部用および上部用の候補材として15％Crステンレス鋼管および22％Crステンレス鋼管について検討した。
図６を用いて、これらの材料の切替深度を予測する。井戸底部には15％Crステンレス鋼を用いる。この時の井戸底部温度180℃、塩化物濃度が生産時の95000ppmより高い20％NaCl（約120000ppm）において、腐食速度は十分に小さいことは確認済みである。井戸の深さが浅くなると温度が低下し、pHが低下する。図中の15％Cr鋼の限界線は、20％NaClにおける割れ限界線を示す。pHの観点では20％NaClの方が、0.16％NaClよりもより限界pHが高いので、安全側の評価を行っている。
この図によれば、pHが4.2よりも低くなると15％Cr鋼には割れの危険性が高くなることが分かる。一方で、22％Cr鋼の0.16％NaClにおけるpH限界（3.0）は、WHにおけるpHの予測値3.1よりも下回っており、従ってWHに22％Cr鋼を適用すれば、割れは発生しないことを意味している。
【００４０】
次に、15％Cr鋼と22％Cr鋼を使用する井戸深さの切替深度を決定するため、pHが4.2となる温度を計算した。表２は、井戸の底部の条件を元に、OLI社のOLI Analyzerを用いてpH4.2となる温度を求めた計算結果である。圧力、CO2分圧、H2S分圧、Cl-濃度、HCO3-濃度のパラメーターを用いて計算を行うと、115℃においてpHが4.2となると予測される。
【００４１】
【表２】
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【００４２】
次いで、この予測された切替温度から、鋼管の切替深度を求める。切替深度は、井戸の温度分布の実測値があることが望ましい。ただし、Shut In時の温度分布は、井戸底部（BH）から井戸上部（WH）まで直線的に分布すると考えられるので、図７に示すように、温度が深さに比例して低下するものとして、切替深度を予測してもよい。このようにして計算した切替深度は、約2600ｍとなる。従って、これより深い位置に15％Cr鋼管を、浅い位置に22％Cr鋼管を用いることで、割れ危険性のない安全なミックスストリング設計を行うことができる。
【００４３】
表３は、実験室試験において、予測したpHの値と鋼管の敷設深さの違いを想定して異なる温度、pH、圧力の条件下で割れを判定した結果である。CO2分圧がBal.となっている条件は、常圧で行ったSSC試験であり、NACE TM0177の定荷重試験で評価を行った。負荷応力は90％AYSとしている。一方、高圧での試験は、オートクレーブを用いて４点曲げ試験により判定した。同様に90％AYSの応力が負荷されるように、あらかじめ求めた応力―ひずみ線図を基に、４点曲げの冶具を用いてひずみを付与し、オートクレーブに設置した。いずれも試験期間は720時間である。割れの判定は目視および光学顕微鏡の10倍観察で行い、割れが認められない場合を〇、割れが発生した場合を×とした。
【００４４】
【表３】
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【００４５】
この結果から、15％Cr鋼が予測した臨界pHを下回ると割れを発生し、このpH以上では割れ発生が起こらないことが確認できた。一方、22％Cr鋼は、15％Cr鋼の臨界pHより低いpH条件でも割れが発生しないことが確認できた。ただし、22％Cr鋼の限界pHを下回る条件では、塩化物イオン濃度が低くても、割れが発生することが確認された。
以上の結果から、井戸の内部においてもこの考え方を適用し、割れを防止する最適な材料を選定できるものと考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明の油井管用鋼材の選定方法によれば、井戸の深さの違いによる腐食性の差を考慮した鋼管材料の選定を行うことができる。そのため、割れや腐食の発生しない安全な性能を確保すると同時に、材料コストを最小化することができるため、エネルギー開発、生産に関する産業上において、極めて有益な技術である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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