(57)【要約】【課題】拡管型油井における鋼管の拡管性を精度良く、また、効率良く評価する試験装置及び試験方法を提供する【解決手段】拡管プラグ２と、拡管プラグ２を駆動する拡管プラグ駆動手段と、管状の試験体１の一端を拘束する試験体拘束手段３と、試験体１の他端を保持する移動可能な試験体保持手段４と、試験体保持手段４の移動を制御する試験体拘束制御手段６とからなる拡管性評価試験機。試験途中に試験体拘束制御手段６により試験体保持手段４を停止させ、拘束状態を変更する試験方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
拡管プラグと、該拡管プラグを駆動する拡管プラグ駆動手段と、管状の試験体の一端を拘束する試験体拘束手段と、該試験体の他端を保持する移動可能な試験体保持手段と、該試験体保持手段の移動を制御する試験体拘束制御手段とからなることを特徴とする拡管性評価試験機。
【請求項２】
拡管プラグ駆動手段が、拡管プラグを押し込む載荷手段、拡管プラグを引き抜く牽引手段の一方又は双方からなることを特徴とする請求項１に記載の拡管性評価試験機。
【請求項３】
拡管プラグ駆動手段が、管状の試験体の内部に充填した流体に圧力を負荷する昇圧装置からなることを特徴とする請求項１に記載の拡管性評価試験機。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか１項に記載の拡管性評価試験機を用いた評価方法であって、管状の試験体の一端又は他端に、拡管プラグを挿入可能な口広げ部を設け、該試験体の内径よりも大きい外径を有する前記拡管プラグを挿入して、前記試験体の一端を試験体拘束手段によって拘束し、前記試験体の他端を試験体保持手段によって保持し、前記拡管プラグを拡管プラグ駆動手段によって移動させ、試験途中に試験体拘束制御手段により試験体保持手段を停止させることを特徴とする拡管性評価試験方法。
【請求項５】
拡管プラグの移動距離及び拡管プラグに負荷された応力を測定することを特徴とする請求項４に記載の拡管性評価試験方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、管状の試験体、特に鋼管からなる試験体の拡管性を評価する試験機及び試験方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、油井用鋼管は、掘削した井戸内に挿入され、特に加工等を行うことなく使用されてきた。しかし、近年、油井及びガス井の開発における油井用鋼管の敷設に要するコストの削減に大きく寄与する、井戸内で鋼管を拡管する技術（以下、拡管型油井という。）の開発が進められている。
【０００３】
この技術における鋼管の拡管方法は、図７に示したように、敷設された既設油井管２１の内径よりも外径の小さい拡管用油井管２２を井戸内に挿入し、拡管用治具２３により拡管用油井管２２を拡管するというものである。この拡管型油井によれば、拡管後の拡管用油井管２２の外面は、既設油井管２１の内面と密着し、井戸が形成されるため、従来よりも井戸の掘削量を減少させることが可能となる。
【０００４】
このような拡管型油井に使用される鋼管は、拡管時に割れが生じた場合、回収することが困難である。また、拡管によって、鋼管にくびれなどの変形が生じると、廃土を回収するために鋼管内に充填された泥水が漏出し、それ以上の井戸敷設作業に支障を来たす。
【０００５】
そのため、拡管型油井に使用される鋼管として、拡管しても割れや、くびれなどの変形が生じない、即ち拡管性に優れた鋼管が提案されている（例えば、特許文献１〜３）。なお、特許文献１〜３には、鋼管の拡管性を評価する方法として、鋼管の端部を円錐状のコーンによって拡管する方法や、鋼管の一端を固定して拡管プラグを用いて拡管する方法が記載されている。
【０００６】
しかし、特に、油井内で鋼管を拡管する場合、坑壁を形成する地層の崩落などにより、鋼管の長手方向の変形が拘束されることがある。このような場合、鋼管周方向により多くのひずみが発生し、変形が拘束されない条件よりも、鋼管が割れ易くなる可能性がある。また、鋼管の拡管性は、強度、靭性、形状、表面性状などの特性が複雑に関連する。したがって、鋼管の拡管性を、精度良く評価し得る試験機及び試験方法が必要である。
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−１２９２８３号公報
【特許文献２】特開２００２−２６６５８２号公報
【特許文献３】特開２００５−１４６４１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、特に、拡管型油井における鋼管の拡管性を精度良く、また、効率良く評価する試験装置及び試験方法の提供を課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
鋼管の長手方向の変形を拘束せずに拡管すると、鋼管が長手方向に収縮し、肉厚の減少は抑制される。一方、鋼管の長手方向の変形を拘束した状態で拡管すると、周方向と軸方向への引張変形が同時に加わる。そのため、拡管性の評価を行う際に軸方向の拘束を行うと、拘束がない場合よりも厳しい条件になる。
【００１０】
本発明は、試験体である鋼管の一端を固定し、変形に伴う他端の変位を制御することにより、試験の途中で拘束状態を変えることができるなど、油井内における鋼管の拘束状態を再現し得る拡管性評価試験機及び該試験機を用いた試験方法であり、その要旨は以下のとおりである。
（１）拡管プラグと、該拡管プラグを駆動する拡管プラグ駆動手段と、管状の試験体の一端を拘束する試験体拘束手段と、該試験体の他端を保持する移動可能な試験体保持手段と、該試験体保持手段の移動を制御する試験体拘束制御手段とからなることを特徴とする拡管性評価試験機。
（２）拡管プラグ駆動手段が、拡管プラグを押し込む載荷手段、拡管プラグを引き抜く牽引手段の一方又は双方からなることを特徴とする上記（１）に記載の拡管性評価試験機。
（３）拡管プラグ駆動手段が、管状の試験体の内部に充填した流体に圧力を負荷する昇圧装置からなることを特徴とする上記（１）に記載の拡管性評価試験機。
（４）上記（１）〜（３）の何れか１項に記載の拡管性評価試験機を用いた評価方法であって、管状の試験体の一端又は他端に、拡管プラグを挿入可能な口広げ部を設け、該試験体の内径よりも大きい外径を有する前記拡管プラグを挿入して、前記試験体の一端を試験体拘束手段によって拘束し、前記試験体の他端を試験体保持手段によって保持し、前記拡管プラグを拡管プラグ駆動手段によって移動させ、試験途中に試験体拘束制御手段により試験体保持手段を停止させることを特徴とする拡管性評価試験方法。
（５）  拡管プラグの移動距離及び拡管プラグに負荷された応力を測定することを特徴とする上記（４）に記載の拡管性評価試験方法。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、特に、実油井内を模擬した条件で、拡管型油井で使用される鋼管の拡管性評価を、簡易的かつ安価に行なうことが可能であり、また、１本の試験片で複数の拘束条件での試験を行うことも可能になるなど、産業上の貢献が極めて顕著である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照にして説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００１３】
図１に、本発明の拡管性評価試験機の模式図を示す。図１に示したように、例えば鋼管からなる、管状の試験体１の一端に、拡管プラグ２を挿入するための口広げ部５を設ける。試験体１の一端は拡管プラグ２を挿入された後、試験体拘束手段３を介して試験機フレーム７に固定される。なお、図１は、本発明に従う拡管性評価試験を開始する前の状態を示している。
【００１４】
試験体拘束手段３には、例えば、油圧や空圧などを使用するチャッキング装置、ねじ、溶接などを使用することができる。試験体１の他端は、試験体１の長手方向（軸方向）に移動可能な試験体保持手段４によって保持される。試験体保持手段４には、試験体１の長手方向に延びる軸４’が取り付けられている。この軸４’は、試験機フレーム７を貫通しており、試験体１の長手方向に沿って移動することができる。但し、試験機フレーム７の外側において、軸４’には、試験体拘束制御手段６が固定されている。
【００１５】
図１に示した状態では、試験体拘束制御手段６は、試験機フレーム７の外面から離れている。このため、軸４’は、試験機フレーム７に対して移動できるため、試験体保持手段４は、試験体１の長手方向に沿って移動することができ、試験体１は、長手方向に変形可能な拘束されていない状態である。
【００１６】
拡管プラグ２を試験体１の長手方向に押し込むように駆動して拡管すると、試験体１が長手方向に収縮し、拡管による肉厚の減少は抑制される。この、試験体１の収縮により、試験体保持手段４が拡管プラグ２の進行方向と反対の方向に移動する。この際、試験体拘束制御手段６がまだ試験機フレーム７の外面から離れている間は、試験体拘束制御手段６は作動しておらず、試験体１が拘束されない状態での拡管性を評価することができる。
【００１７】
更に、図２に示したように、拡管の進行によって試験体保持手段４が移動して、試験体拘束制御手段６が試験機フレーム７の外面に当接すると、試験体保持手段４は、試験体１の長手方向に沿って移動することができなくなり、試験体拘束制御手段６によって試験体保持手段４が固定される。これにより、試験体１の両端が拘束された状態となり、更に、拡管を進行させると、試験体１の両端が拘束された状態での拡管性を評価することができる。
【００１８】
また、図３に示したように、試験体１の他端に口広げ部を設け、試験体保持手段４によって保持しても良い。なお、試験体１の一端とは、試験体拘束手段３が取り付けられる方の端である。試験体１の他端とは、試験体保持手段４が取り付けられる方の端である。この場合、図示していないが、試験体拘束手段３の側に拡管プラグ２を引き抜く牽引装置を設け、拡管プラグ２を駆動させれば良い。拡管が進行すると、試験体拘束制御手段６がまだ試験機フレーム７の外面から離れている間は、試験体保持手段４及び試験体拘束制御手段６が試験体拘束手段３の側に移動し、拘束のない状態で拡管性が評価される。
【００１９】
更に、拡管が進行し、試験体拘束制御手段６が試験機フレーム７の外面に当接して、試験体保持手段４が試験体拘束制御手段６によって固定されると、拘束された状態で拡管性が評価される。
【００２０】
したがって、本発明の拡管性評価試験機を用いれば、１本の試験体１を用いて、１回の試験を行った際に、試験体１の軸方向への変形が拘束されない状態と、拘束された状態の２つの条件での拡管性を評価することができる。
【００２１】
拡管プラグ２の駆動手段には、例えば、図４に示したように油圧シリンダ等の載荷装置８を採用することができる。この場合、載荷装置８は、油圧ユニットによって駆動される。なお、拡管中の拡管プラグ２の移動距離は変位計９によって、拡管プラグを移動させるための荷重は荷重計１０によって、それぞれ、測定される。
【００２２】
また、図５に示したように、牽引装置１１を拡管プラグ２に接続して、引き抜いても良い。図５は、試験体保持手段４を試験機フレーム７の外側に設置した例であり、試験体拘束制御手段６は試験体１に取り付けられる。
【００２３】
更に、図６に示したように、試験体１の内部に拡管プラグ２の外側から流体１２を充填し、駆動手段としての昇圧装置１３により流体に圧力を負荷し、拡管プラグ２を移動させても良い。拡管プラグ２の移動に応じて流体１２を供給すれば、拡管が進行する。
【００２４】
なお、図５及び６には、図示していないが、拡管中の拡管プラグ２の移動距離を測定する変位計９、拡管プラグを移動させるための荷重を測定する荷重計１０を設けても良い。
【実施例】
【００２５】
表１に示したように、ＡＰＩ  Ｓｐｅｃ  ５ＣＴの油井管規格Ｋ−５５に準拠した外径１０８．０ｍｍ×肉厚６．３５ｍｍ、外径１９３．７ｍｍ×肉厚９．５３ｍｍの鋼管と、同規格Ｌ−８０に準拠した外径２４４．５ｍｍ×肉厚８．９４ｍｍ、外径３３９．７ｍｍ×肉厚９．６５ｍｍの鋼管を用いて拡管試験を実施した。
【００２６】
拡管率は１７％又は２８％とした。ここで、拡管率αは、拡管前の製品内径をφ１、拡管後の内径をφ２とし、α＝（φ２−φ１）／φ１によって求められる内径拡管率である。拡管プラグの駆動方式としては、図４に例示した油圧シリンダを利用して押し込む方式と、図６に例示した鋼管内部に水を充填し、水圧で押す方式の２通りを実施した。
【表１】
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【００２７】
試験は、試験体拘束制御手段により、前半は拘束なし、後半は両端を拘束した状態で行った。比較例として全長拘束なしの条件で試験を実施した。鋼管の拘束の有無は試験中に鋼管の長手方向に作用する荷重から判断した。鋼管の長手方向に作用する荷重の値は、鋼管の口広げ加工部の反対端に貼り付けたひずみゲージによって、試験中に鋼管に作用する長手方向のひずみを測定し、これに鋼のヤング率と、鋼管の断面積を掛けて算出した。
【００２８】
結果を表１に示す。実施例および比較例１、２、５、６、９、１０、１３、１４については拡管率が低いため、試験体の種類、拘束によらず割れは発生しなかった。しかし、実施例では、試験の途中で長手方向の変形が拘束されたことを示す長手方向の荷重が発生した。
【００２９】
また、拡管率２８％の場合は、拘束のない比較例３、４、７、８、１１、１２、１５、１６では割れは発生しなかった。しかし実施例３、４、７、８、１１、１２、１５、１６では何れも長手方向の荷重が発生した後、割れが発生した。以上の結果から、本発明の試験機及び試験方法により、長手方向の変形が拘束されると、拡管性が劣化することが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明は、例えば油井などで利用される鋼管等の拡管の評価に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の試験機の一例を示す模式図である。
【図２】試験体を拘束して拡管する本発明の試験方法の一例を示す模式図である。
【図３】試験体の他端に口広げ部を設けた本発明の試験方法の一例を示す模式図である。
【図４】拡管プラグ駆動手段が載荷装置である本発明の試験機の一例を示す模式図である。
【図５】拡管プラグ駆動手段が牽引装置である本発明の試験機の一例を示す模式図である。
【図６】拡管プラグを流体により駆動させる本発明の試験機の一例を示す模式図である。
【図７】拡管型油井の概要図である。
【符号の説明】
【００３２】
１：試験体
２：拡管プラグ
３：試験体拘束手段
４：試験体保持手段
４’：軸
５：試験体の口広げ部
６：試験体拘束制御手段
７：試験機フレーム
８：載荷装置
９：変位計
１０：荷重計
１１：牽引装置
１２：流体
１３：昇圧装置
２１：既設油井管
２２：拡管油井管
２３：拡管用治具
【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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