データシートを超えて: API 5C5 CAL IV の制限事項と HPHT OCTG 接続におけるフィールド障害モード
ビュー: 0 著者: サイト編集者 公開時刻: 2026-01-08 起源: サイト
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簡単な定義: 油井管の接続
OCTG (Oil Country Tubular Goods) 接続は、坑井内の水力学的完全性を維持するために、ケーシングとチューブのセグメントを結合するねじ機構です。これらは、製造については API 5CT、パフォーマンス テストについては API 5C5、特に重要なサービスについては CAL IV によって管理されます。故障は主に熱衝撃 (急冷)、高周期負荷時、または設置に起因する応力腐食割れによって発生します。
油井管の接続に関するよくある質問
プレミアム シールは、CAL IV に合格しているにもかかわらず、急速なガス ブローダウン中に破損するのはなぜですか?
標準の CAL IV シリーズ C テストは、圧縮限界をテストするための加熱サイクル (イールドソーク) に焦点を当てていますが、ガスキックの急速な冷却速度を見落とすことがよくあります。これにより、ピンがボックスよりも速く収縮する熱差が生じ、低速サイクルのラボプロトコルでは捉えられないシールの緩和が引き起こされます。
トングマークは実際に L80 パイプに硫化物応力亀裂 (SCC) を引き起こす可能性がありますか?
はい。 API では L80 材料は 23 HRC に制限されていますが、標準のトング ダイスでは冷間加工が発生し、局所的な表面硬度が 28 ～ 30 HRC に急上昇します。これは、NACE MR0175 の制限である 22 HRC を超えており、母材金属が準拠している場合でも、SCC の開始点が生じます。
圧力テストはリグでは合格したのに、生産開始後に漏れが発生したのはなぜですか?
これはおそらく、ねじ山コンパウンドの閉じ込めによる「油圧ロック」が原因と考えられます。過剰なドープは、ショート リグ テスト中に一時的な水圧サポートを作成します。ウェルが加熱されると、ドープ中の揮発性物質が蒸発またはコークス化し、体積が減少し、リークパスが開きます。
1. 「コールド ショック」デルタ: 熱サイクルと急速冷却
HPHT ガス井と CCS インジェクターの運用経験から、API 5C5 CAL IV シリーズ C (サーマル サイクル) には重大なギャップがあることが明らかになりました。この規格は、加熱段階 (最大 135°C+) でのシールの完全性を効果的に検証し、金属間のシールの圧縮降伏をテストします。ただし、の物理現象を再現することはできません。 ジュール・トムソン (JT) 冷却 .
急速ブローダウンまたは CO2 注入の起動中に、接続は熱衝撃 (数秒で -30°C ～ -70°C) にさらされます。ピン部材は質量が小さいため、より重いボックスカップリングよりも速く収縮します。この瞬間的な分離により、シール接触圧力が緩和されます。認定テストに急速冷却モニタリングのための「シリーズ A」の修正が含まれていない場合、CAL IV 認定を受けているにもかかわらず、これらの過渡イベント中に接続が漏れる可能性があります。
API 5C5 は CO2 注入シナリオをカバーしていますか?
デフォルトではありません。単なる滞留期間ではなく、冷却ランプ中のシール接触圧力を監視するには、テスト プロトコルに特定の「急速冷却」の追加条項を要求する必要があります。
2. NACE MR0175 のコンプライアンスと設置の実際
材料の製造基準と現場での設置の現実の間には、管理上の危険なギャップがあります。 NACE MR0175/ISO 15156 では、硫化物応力亀裂 (SCC) を防ぐために、コンポーネントの硬度を 22 HRC に制限しています。ただし、API 5CT では、最大 23 HRC の L80 グレードのパイプが許可されます。
ただし、主な故障モードは冶金的なものではなく、機械的なものです。標準のダイスを使用するパワートングは、接続面に膨大な点荷重を加えます。この冷間加工プロセスにより、局所的な硬度のスパイクが引き起こされ、多くの場合、鋼の表面が 28 ～ 30 HRCに達します 。これにより、劣悪な環境にさらされるとすぐに SCC の影響を受けやすい「障害ゾーン」が形成されます。ボックスの端付近で接続が失敗した場合、表面をエッチングすると、正確にトングの跡から始まった亀裂が明らかになることがよくあります。
冶金を変更せずに、トングによる SCC を防ぐにはどうすればよいでしょうか?
NACE 準拠の表面層を維持するために、すべての L80、C90、および T95 のサワー サービス実行操作に対して低応力またはノンマーキング ダイの使用を義務付けます。
3. 「油圧ロック」の誤検知
プレミアム接続は金属間のシールに依存しますが、スレッドコンパウンド（ドープ）の適用により、実験室では制御されていてもリグでは制御できない変数が導入されます。自動メイクアップでは、余分なドープが糸の根元と山の間、またはシール リングの後ろに閉じ込められる可能性があります。
条件
メカニズム
結果
リグフロアテスト 閉じ込められたドープにより、局所的に高い圧力が発生します (油圧ロック)。
誤検知: 接続部は、金属シールの干渉ではなく、流体の非圧縮性により圧力を保持します。
生産 高温によりドープの揮発性物質が蒸発またはコークス化します。
故障: 体積の損失により油圧サポートが失われ、接続が緩み、漏れ経路が開きます。
エンジニアリング上の要点: ドープ量が制御されていない場合、リグチャートテストが成功してもシールの完全性は保証されません。油圧ロックのトルク「ハンプ」サインを検出するには、コンピュータによるトルクターン監視が必要です。
油圧ロックのリスクを完全に排除する方法はありますか?
はい、「ドープレス」または「ゼロドープ」接続技術を利用することで、粘性流体の変動がなくなり、スチールの干渉のみに依存してシールの完全性が保証されます。
4. FEA の盲点: 糸の飛び出しと亀裂の形態
有限要素解析 (FEA) は、さまざまなサイズにわたる製品ラインを検証するための標準ですが、標準モデルでは多くの場合、物理的な「ビーチ マーキング」テストと一致しない、摩擦と亀裂の成長に関する単純化された仮定が利用されています。
フープ応力の過小評価: FEA モデルは、繰り返し荷重下でのねじ山のくさび効果によって引き起こされるボックスの半径方向の膨張を過小評価することがよくあります。これにより、実際よりも10～15％高い負荷での糸飛び出し（剥離）が予測されます。さらに、半楕円亀裂の成長を想定したモデルは楽観的です。物理的破損は、最後に係合したねじ山根元の疲労亀裂が 長く浅い環状の傷として成長することを示しています 。この形態は、標準的な破壊力学で予測される破損前の段階的な漏れシナリオではなく、突然の「ジッパー」の破損につながります。
FEA レポートで「ジッパーの故障」リスクが示唆されるものは何ですか?
亀裂前リーク (LBB) の計算が亀裂形状の物理的な検証を行わずに標準的な半楕円亀裂の成長速度に依存している場合、壊滅的な剥離のリスクが過小評価されます。
標準 CAL IV OCTG 接続の選択が間違っている場合
高率ガス/CCS 井戸: 標準の CAL IV データに依存しないでください。ブローダウンまたは射出による熱衝撃には、「急速冷却」プロトコルの検証が必要です。
標準トングを使用したサワーサービス: MTR の硬度制限が設置後の状態をカバーするとは考えないでください。標準ダイは NACE 準拠を無効にします。
補間されたサイズ: 干渉が最小限に抑えられる「サドル ポイント」の物理的な検証を行わずに、「コーナー テスト」(最大/最小サイズのみをテスト) だけで検証された接続は避けてください。
FAQ: OCTG 接続のコンプライアンスとトラブルシューティング
認定書類におけるビードブラストは商業的信頼性にどのように影響しますか?
ビードブラストはシール領域を粗くすることで表面摩擦とシール能力を高めます。メーカーの CAL IV 書類が合格するためにビードブラスト試験片に依存しているにもかかわらず、製品ケーシングが機械仕上げで販売されている場合、納入された製品の認定は無効になります。摩擦係数とシールのかみ合いはテスト結果と一致しません。
現場でのテストと実験室でのテストにおける断熱熱のリスクは何ですか?
ラボテストは、制御された低速 (1 ～ 2 RPM) で実行されます。フィールドメイクが大幅に速くなり、スレッド内に断熱熱が生成されます。これにより、ねじ山コンパウンドの摩擦係数がリアルタイムで変化し、ラボテストでは決して発生しなかった瞬間的なかじりや不正確なトルク測定値が発生する危険があります。
重要な HPHT 油井では「コーナーテスト」が不十分なのはなぜですか?
メーカーは多くの場合、性能範囲の両端 (高圧/高圧および低張力/高圧) のみをテストし、FEA を使用して中間を補間します。重要な井戸は「サドルポイント」、つまりシールの干渉が最小限に抑えられる動的負荷シナリオで動作します。これらの中間点の物理的な検証がなければ、密閉性は理論上のものになります。
亀裂の形態は、LBB と過剰設計の安全係数の間の決定にどのような影響を及ぼしますか?
物理的疲労亀裂は深い楕円ではなく浅い環状の傷として成長するため、パイプが分離する前に壁を破壊して検出可能な漏れを引き起こすことはありません。したがって、Leak-Before-Break (LBB) ロジックに依存することは、OCTG にとって危険です。エンジニアは、ねじ接続の LBB 監視システムよりも高い疲労安全率 (SF) を優先する必要があります。
