国内外油井管产品技术工艺研发动态与发展趋势分析

第一节 国内油井管产品技术工艺研发动态

一、宝钢成功批量生产110钢级13Cr油井管

目前，宝钢110钢级13Cr油井管批量生产获得成功，产品性能完全满足用户使用要求。

宝钢研究院与宝钢分公司钢管厂密切协作，成功批量生产出高抗二氧化碳腐蚀深井用110钢级13Cr油井管，性能完全满足用户使用要求。

近年来，东北地区油田的勘探开采急需110钢级抗二氧化碳腐蚀油井管，但目前国内生产处于空白。该公司研发人员经反复试验，成功冶炼并批量试制出了该产品。

二、包钢集团技术中心研发的N80钢级新钢种油井管通过国家检测

目前，由包钢集团技术中心自主研发的N80钢级油井管，经过严格检测，各项性能指标都符合美国石油学会（API）标准要求，标志着这个研制项目获得突破性进展。

包钢N80钢级新钢种油井管的研制从08年10月开始着手。目前，首批400吨小批量试制产品已发往用户。这项高附加值新产品的成功研发，对包钢开拓市场、增加经济效益有着重要意义。

三、宝鸡石油钢管研制出国内首根EWSR油井管

由宝鸡石油钢管有限责任公司自主研制的国内首根EWSRN80Q油井管，顺利通过国家石油管材质量监督检验中心的检测评价，各项性能指标均达到APISpec5CT标准要求。这表明该公司已成为中国第一家掌握同类产品生产技术和工艺的企业。

EWSR(热张力减径)油井管采用高频焊接技术、热机械轧制技术和特殊热处理工艺相结合的生产方式。由于该产品既具有焊接油井管的良好几何尺寸和韧性，又具有无缝油井管的均匀组织和性能，因此，可广泛应用于油管和套管领域。目前，EWSRN80Q油井管在美国等发达国家的市场份额已达到50%左右，市场潜力巨大。

第二节 国外油井管产品技术工艺研发动态

一、美国

近年来，对油井管的性能要求复杂化，主要分为；高强、抗压溃、高韧性、抗高温、抗H2S、抗CO2，高强和抗压溃结合，高强和抗H2S结合、抗H2S和抗CO2结合、抗压和抗H2S结合、抗湿CO2。和抗氯离子结合以及抗高温和抗腐蚀结合等。对于这些复杂要求，许多生产厂进行了大量的开发工作，生产出比API(美国石油协会)规范钢级范围更广的钢种，同时制定了与API规范相对应又比其要求更严，适用面更广的企业标准。如美国钢铁公司的USS一系刿，以及曼内斯曼／加拿大SOO-系列。这些公司产品中包括适用于各种不同条件的钢种，主要分为：①碳素钢+阻化剂②低合金钢+阻化剂③9Cr钢④13Cr钢⑤双相不锈钢，⑥高级合金钢。目前这些执行企业标准的产品已得到甩户的认可，占领了相当的市场。

二、日本

随着石油、天然气的开发向地层深处及海洋发展，开发环境不断恶化，目前国外对油井管、管线管的需求正在由以前的碳素钢管向高合金不锈钢管转化。近年来，日本根据不锈钢油井管、管线管需求增加的趋势，研制了耐腐蚀性能比API-13Cr更强的HP13Cr油井管，开发了管线管用11Cr，12Cr钢管。为了提高质量、降低成本，改进了不锈钢管生产工艺和轧制工具，克服了不锈钢因变形抗力大而难以轧制以及轧制工具寿命短的不利因素，提高了生产力，从而降低了生产成本。

三、欧盟

由于钻井深度的不断增加和地质条件的复杂，对接箍和丝扣提出了新的要求，如对密封性、抗磨损性，抗硫化物应力腐蚀断裂性(简称SSCC)等。为此，德国开发出新的丝扣，如Ω丝扣等。

第三节 近年国内外油井管技术工艺研发成果回顾

目前我国除四川的油气田存在较严重的H2S腐蚀以外，其他油田还没有类似严重程度的寓蚀介质。个别油气口的部分区域有诸如湿CO2等腐蚀介质，需要用不壤钢油井管，如L-8O-13Cr。但目这类湖井管价格为一般油井管的数倍，经济上不合算，所以凡需用不锈钢油井管的油井，或封存或用一般管代替。到目前为止，我国基本上不使用不锈钢油井管和高合金钢油井管。

从目前我国已有和正在开发的油田使用油井管的钢级来看，今后以碳钢和低合金钢(即J级、N级和P级油井管)为主的情况不会有大的改变。只是随着西部油田的开发，强度高一些的钢级，如N80和P110所占的比例要有所增加，抗H2S以及其他要求的油井管比例在l0％以下。

1987年我国生产的焊接油井管开始在几大油田试用。试用井表层套管最深用到500m，油层套管最深达到2000m， 钢级为J-55和N-80，到1092年底试验井仍正常工作。

目前石油天然气总公司每年使甩的J-55级表层套管基本上是焊接油井管，赊四川外，各油田都有使用。使用深度在几百米范围内，至今未发生问题。由于焊接油井管价格便宜，油田一般对表层套管使用了焊接油井管。但是，在油层套管及油管上较普遍使用焊接油井管，财需进行大量的跟踪试验和检测工作，此项工作正在一些油田进行。

我国接箍的使用仍以API规范的要求为主，但在订货时增加了诸如焊接冲击韧性及过渡带增长等一些API规范以外的要求。西部新开发的油井深度一般在3000~6000m，属于深井范围，多数油田又在沙漠中，需要用高强度钢级和丝扣密封性能好的接箍。

目前，中国油井管的国内市场占有率已经超过80％，并且已连续2年成为净出口产品。在品种开发方面，国内不少企业勇于创新，不仅生产出了按API标准要求的K、N、C、P钢级套管，还根据用户需求开发出了具有自主知识产权的系列套管，如天津钢管公司开发出了TP系列的抗挤毁套管、抗腐蚀套管、抗高温热采井用套管、超深井用套管以及特殊扣气密性套管，其中TPl30TT高抗挤毁套管其抗挤毁强度达到167MPa以上；TPll0TSS高抗挤毁抗腐蚀套管在氯化钠5％、醋酸0．5％的氧化性腐蚀溶液中，720小时不断裂；TP140V套管下井深度达到6936米（近期这一纪录还将被打破）；NC一3Cr抗二氧化碳腐蚀套管已经批量发往塔里木油田下井使用。另外宝钢、成都无缝也都开发出了自己的系列产品。虽然中国无缝钢管行业在油井管方面取得了举世瞩目的成绩，但在一些高端产品开发方面尚没有过关，如13Cr、超级13Cr钢的夹杂物及S、P含量的控制（S小于10ppm，P小于15ppm），热处理的性能控制以及丝扣加工中的质量控制等还存在一系列问题，柔性油管、膨胀套管的开发尚属空白。

第四节 未来油井管国内外技术工艺研发趋势分析

我国内陆原油产量仅占世界总产量的5%左右，而且单口井产量低，井数多，耗管量高。随着我国石油钻采由东部向西部及沿海大陆架的战略转移，油层的深度也由浅入深，井内油气压力和温度亦不断提高。有些油井压力达到或超过100MPa，井底温度超过200℃；有些油田是硫化氢、二氧化碳、负离子等共存的重腐蚀油气。这样的钻采条件对油井管的要求很苛刻，一旦油井管选择不当，造成脱扣、压溃和漏气，将会使油井报废(南疆、川西等地区的油气井，一口井投资约3000万－4000万元，个别的高达1亿元)。因此，对油井管质量要求越来越高，特殊油井管的用量也越来越大。目前国内特殊油井管生产基本上是空白。因此，在我国大力开发高钢级、特殊油井管势在必行。

以下介绍几种特殊油井管的特点。

1、超高强度油井管

为满足深井和超深井的钻采需要，API标准的钢级通常为P110。国外已开发出比API5CT标准更严格、强度级别更高的油井管。超高强度套管都是特殊螺纹管。日本住友金属工业公司的SM系列及G组、日本钢管(NKK)公司的NK系列等均为超高强特殊螺纹套管。5000m以上的超深井，已使用NK-V150钢级。这是由于我国有些油田的工况条件相当恶劣，使用P110钢级时可能会出现失效事故。

2、高压溃套管

这种套管的下井深度超过同钢级、同壁厚的普通套管，且管柱重量相对减轻、套管内径较大。用在3000m以上的油气井、海洋油气井中，其经济效果尤为显著。目前，在我国的四川、新疆、长庆、胜利以及东海、渤海等油田，已使用日本住友金属工业公司的Sm-95T，Sm-110T等高压溃套管以及日本钢管(NKK)公司的NK-T95，NK-T110等高压溃套管。

3、防腐蚀套管

我国一些含硫油气田，过去在使用API标准中的L80，C90钢级的套管时，易发生问题。近年已普遍使用日本住友金属工业公司及日本钢管(NKK)公司的系列防腐蚀套管，效果很好。防腐蚀套管也是特殊螺纹套管。

4、特殊螺纹油井管

国内油套管螺纹普遍为V型、圆顶锥螺纹。这种螺纹对精度要求不高，易于加工，但连接强度低，密封性差。如国内N80，P110套管，即使采用长螺纹连接，其连接率(即螺纹连接强度与套管管体强度之比)仅为65%－85%，并随着套管钢级的提高而降低，同时，其连接的密封性能亦差。这种螺纹主要借助于API螺纹脂来实现密封。它仅使用在100℃以下的油井中，不能满足深井的要求。 

近年来，从国外进口的特殊螺纹油套管在深井、超深井、高压气井以及稠油热采井、定向井、重腐蚀井中广泛使用。有人估计全球生产的特殊螺纹接头油管和套管已占全部油、套管产量的21%。共同特点是接头连接强度高，可以与管体等强度匹配，甚至有的高于管体，适用于深井、超深井。密封性能好，适用于高压气井、油井和热采井。抗弯能力强，适用于斜井、大位移井、水平井。上扣容易，可快速上扣且不易错扣，适用于沙漠、海洋等恶劣环境下的钻井作业。

5、连续管

连续管过去主要用于修井和完井作业。连续管钻井技术是近年来的一个研究热点。连续管是一种强度和韧性良好的钢管，卷在滚筒上。主要采用ＥＲＷ焊管，已成功试制无缝钢管连续管。其材料也由碳钢发展到低合金钢（包括淬火回火钢）及钛合金。目前正在研制复合材料连续管。连续管的屈服强度一般为492MPa或562MPa，现已发展到703MPa。连续管用钢必须有良好的强韧性匹配，以保证较高的低周疲劳寿命。安东石油公司与BJ公司合作，正在开展连续油管修井作业，连续油管打捞，连续油管拖动酸化压裂，连续油管钻井、侧钻井等业务。

6、膨胀管

人们越来越体会到膨胀管带来的好处。无论是钻井还是采油，膨胀管都有广阔的应用。通过一种机械膨胀装置，靠液体压力推进，推进过程中使井下管件经过塑性变形达到扩大管径的目的。膨胀管分实体膨胀管和割缝膨胀管两类。实体膨胀管主要用于老井的套管修补、侧钻以及多种类型的油井建井，实现单一井径油井的建井。割缝膨胀管主要用于封隔复杂层段，代替常规割缝衬管和防砂。实体可膨胀套管的原理是利用坐放装置将膨胀套管下入井内后，根据金属的弹塑性变形原理，在扩管锥的作用下，于井下通过冷加工将石油管材扩到所需要的尺寸。由于直径膨胀，膨胀管的壁厚要减小2%－5%。其直径可以膨胀约20%，其长度缩短约8%，塑性变形极限不超过30%。实体膨胀管膨胀后，其力学性能、尺寸精度等应符合ＡＰＩ有关标准的规定。

7、抗CO2腐蚀油井管 

主要用于CO2腐蚀严重井，有时还用于CO2、H2S、Cl-共存包括H2O的腐蚀介质中。国外有比较成熟的产品。除APISpec5CT列有１个13Cr钢级(L80-13Cr)，各生产厂均建立了自己的非API钢级。以川崎制铁为例，其非API的13Cr有８个级，其中，后4个钢级称为超级13Cr。在CO2和H2S共存或H2S分压未达临界值但Cl-很高的使用环境中，13Cr钢(包括超级13Cr)是不能满足要求的，需要采用22Cr双相不锈钢（ASF2205）或超级双相不锈钢25Cr，甚至要采含Cr20%以上、含Ni30%以上的高Ni、Cr不锈钢和Ni基合金。上述钢级的管材价格昂贵，低产气田一般无力承受。因此，近年来国内外都在研究开发含Cr2-5%的经济型抗CO2腐蚀油井管。

第五节 油井管产品同类替代技术工艺发展

油井管是石油工业的基础，随着石油天然气的勘探开发环境趋于恶劣对高性能的油井管产品需求量将越来越多。因此目前还没有同类替代产品出现。