坑内工具の材料選定方法

坑内工具の材料選定は、複数の要因に影響されます。坑内工具の種類という観点から見ると、次のようになります。

ドリル工具ログツール、およびワークオーバーツールこれらの工具は坑内での使用寿命が短いため、高い強度が必要とされる一方で、耐腐食性に対する要求は低くて済む。

坑井仕上げ用工具：これらは坑内で数年間使用されるため、坑内温度と耐腐食性を考慮する必要があります。

坑内環境の観点から見ると、それらは通常、次の4つのカテゴリーに分類されます。

標準環境（硫化水素（H₂S）を含まず、二酸化炭素（CO₂）含有量が1psi（約0.0069MPa）未満）；H₂S腐食環境；CO₂腐食環境；H₂SとCO₂の複合腐食環境。

標準環境における坑内工具の材料選定

標準的な環境で使用される坑内工具には、通常、4130、4140、4145（AISI規格）などの合金鋼が選ばれます。これらの材料の化学組成と機械的強度は、以下の表に示されています。

1. 化学組成の比較（質量分率）

2. 機械的強度の比較

表からわかるように：

これらの材料の炭素含有量は順に増加する（4130 < 4140 < 4145）が、他の元素の含有量は類似している。

機械的特性：強度は炭素含有量と正の相関関係にあり、4145が最も高い強度を持つ一方、靭性は反比例して低下し、4130が最も高い靭性を持つ。

4130、4140、および4145は国際的な材料規格であり、中国国内における同等規格は以下のとおりです。

• 4130 (AISI) ≡ 国内規格 30CrMoA;
• 4140 (AISI) ≡ 国内規格42CrMo;
• 4145H (AISI) ≡ 国内グレード 45CrMo。

4130および4140は、コスト効率と溶接性を重視した、従来型の仕上げ工具に適した鋼材である。

4145Hは、強度と耐摩耗性が優先される深井戸、高圧、または高負荷の工具（掘削工具や修繕工具など）によく使用されます。

腐食環境における坑井仕上げ工具の材料選定

腐食環境における仕上げ工具の選定は、主に酸性ガス（CO₂とH₂Sの2種類に分けられる）の分圧に依存する。

1. 二酸化炭素含有量の高い井戸

CO₂腐食に耐えるためには、材料中のクロム（Cr）含有量を増やす必要がある。以下の材料（Cr含有量順）は、基本的にCO₂分圧が0.5MPaから14MPaの範囲の井戸を覆うことができる。：3Cr（Cr含有量約3％）、9Cr1Mo（Cr含有量約9％）、13Cr、S13Cr、17Cr（グレードS17400）、22Cr（例：二相ステンレス鋼S32205）、および25Cr鋼。

2. 硫化水素含有量の高い井戸

硫化物応力腐食割れ（SSC）を低減するには、材料中のニッケル（Ni）含有量を増やす必要がある。H₂S分圧が1MPaを超え、かつCO₂分圧も高い場合は、以下のような高温合金を使用すべきである。

特殊部品の材料選定

坑内工具の主要材料（坑内流体と接触し、荷重を受ける部分）：上記の基準に従って選定する。

せん断部材：一般的にH62真鍮またはS36600ステンレス鋼棒で作られます。

アンカー部品：20CrMoTiまたは20CrMnTiから選択。表面硬度を向上させるため、表面浸炭処理（浸炭層の厚さ0.8～1.2mm）が必要であり、これにより表面硬度はHRC 58～62に向上する。

材料選定および参照規格に影響を与えるその他の要因

酸性ガスに加え、坑内油井ケーシングおよび坑内工具の材料選定は、坑内温度、含水率、鉱化度、pH値にも関連します。より具体的な選定基準については、業界標準であるQ/HS 14015「海洋油ガス井におけるチュービングおよびケーシングの腐食防止設計ガイドライン」を参照してください。

ランドリル社は、41430、4140、4145鋼材の棒鋼も供給しています。

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