中國油井管研究進展

豐振軍 曹 峰 楊力能 易曉明 上官豐收 雷凌云 趙 森

中國石油集團石油管工程技術研究院 （陜西 西安 710065）

中國油井管研究進展

豐振軍 曹 峰 楊力能 易曉明 上官豐收 雷凌云 趙 森

中國石油集團石油管工程技術研究院 （陜西 西安 710065）

從油井管的品種、用途、存在的問題三方面綜述了油井管的研究現狀，探討了油井勘探開發(fā)和油井管在研究、生產中存在的問題以及未來的發(fā)展趨勢。指出，在高端產品技術領域，中國和發(fā)達國家之間仍然存在一定的差距，應加快高性能油井管國產化進程。

油井管 鉆柱 連續(xù)油管 膨脹管

油井管作為石油、天然氣勘探開發(fā)的重要耗材，在石油工業(yè)中占有重要的位置。其主要包括鉆柱構件（鉆桿、方鉆桿、鉆鋌等）、套管及油管等。據統(tǒng)計，每鉆進1m，約需油井管62kg，其中套管48kg、油管10kg、鉆桿3kg、鉆鋌0.5kg。近年來，我國每年消耗油井管超過200×104t[1]。油井管在石油工業(yè)中的地位不僅表現為用量大、花費高，更重要的是其質量和性能直接決定了我國石油工業(yè)的發(fā)展。由于油井管服役條件惡劣，常在高溫、高壓、腐蝕環(huán)境下使用，因此開發(fā)安全可靠性高、使用壽命長、經濟實用的油井管是提高油井、油田壽命，發(fā)展我國石油工業(yè)的必要前提。

中國油井管發(fā)展歷程

我國油井管的生產歷史已有50多年，20世紀50～70年代，是我國油井管生產技術較為落后階段，不論是數量、品種還是質量都遠遠滿足不了石油工業(yè)的發(fā)展需要。自1978年以來，我國已在油井管國產化方面做了很大努力，雖然產量有所增加，但還是不能滿足工業(yè)對油井管的需求 （從1981年的每年29萬t增加到1990年的每年90萬t左右）。1998年油井管的消耗量為89萬t，而從 1959年起到1989年底，中國全國才共生產油井管81.2萬t，即30年的總產量還滿足不了1年的需求。1949-1994年，中國共進口油井管1 150萬t，國內總產量約120萬t，自給率僅10%。1990年以來，在“寶鋼”、天津鋼管公司投產后，我國產量逐年大幅度提高，國產化率已經由原來的不足 10%上升到 1996年的50%、1997年的 60%，至 2002年國產化率已達80%，使我國由一個油井管進口大國變成絕大部分自給、少量進口和有一定量出口的國家[2]。

中國油井管發(fā)展現狀

1 鉆柱構件

鉆柱構件包括鉆桿、方鉆桿、鉆鋌等。目前，我國具有代表性的鉆桿生產廠家主要有上海 “寶鋼”、中美合資江蘇曙光格蘭特鉆桿有限公司、渤海能克鉆桿有限公司等。它們每年的生產能力為56 800t，生產和銷售API標準的E75、X95、G105和S135鋼級鉆桿產品。“寶鋼”自1978年建廠以來，現鉆桿年產量為2萬t，既能生產滿足API標準尺寸的各種鉆桿，也能生產非API標準的高強度V150鉆桿等。中美合資江蘇曙光格蘭特鉆桿有限公司采用美國技術，獲得了美國石油協(xié)會API會標使用權并通過了ISO 9001質量體系認證，年產能力為2萬t。渤海能克鉆桿有限公司是中日共同投資興建的鉆桿生產企業(yè)，采用日本鉆桿生產設備，年產量為1.68萬t。鉆鋌處在鉆柱的最下面，是下部鉆具組合的主要組成部分，其主要特點是壁厚大、具有較大的重力和剛度。目前，我國鉆鋌生產企業(yè)最主要的就是山西風雷機械制造有限責任公司。該公司是我國較早生產鉆鋌的企業(yè)，早在1978年就生產出我國第一根石油鉆鋌，現已獲美國石油學會API會標使用許可證，并獲得ISO 9002質量管理體系認證，是我國石油行業(yè)鉆具生產的主要供應商，產品市場占有率約為60%。多年來，該公司利用深孔加工、大型機加工等技術優(yōu)勢，研制出多種規(guī)格且符合API SPEC 7和API SPEC 5D標準的鉆鋌產品，部分產品已出口中東、北美和南亞各國[3]。

2 連續(xù)油管

連續(xù)油管又稱撓性管、蛇形管或盤管，是一種纏繞在卷筒上，可以連續(xù)下入或起出的無螺紋連接的長油管，它廣泛用于油氣田修井、測井、鉆井等。連續(xù)油管及其操縱設備稱為盤管作業(yè)機或連續(xù)油管作業(yè)機[4]。連續(xù)油管在國外已經得到了廣泛的應用，特別是加拿大，而我國對連續(xù)油管的需求也逐年增加。目前，連續(xù)油管的主要制造廠家集中在美國休斯敦，他們主要是Quality Tubing(優(yōu)質油管公司)、Precision Technology(精密油管技術公司)、Southwestern Pipe (西南管材公司)。目前，我國對連續(xù)油管的研究、開發(fā)和生產已有了突破性的進展。2007年12月，世界第三條、亞洲第一條連續(xù)油管生產線在寶雞石油鋼管有限責任公司正式開工建設；2009年6月，亞洲首盤7 600m連續(xù)油管在該公司成功下線；2009年11月，由該公司自行設計生產的CT80級連續(xù)油管，在川渝氣田進行的首次下井試驗獲得成功，從而打破國外公司對同類產品的壟斷，這不僅標志著連續(xù)油管國產化時代的到來，而且對中國石油裝備產品躋身國際市場及培育國內市場具有重要意義。

3 膨脹管

膨脹管技術是近年發(fā)展起來的一項實用鉆井技術。通過一種機械膨脹裝置，靠液體壓力推進，在膨脹錐體推進過程中使井下管件經過塑性變形達到擴大管徑的目的。膨脹管分實體膨脹管和割縫膨脹管兩類。實體膨脹管主要用于封堵漏失層和高壓水層、封隔破裂帶、修補損壞套管和封堵已射孔套管，取代常規(guī)尾管懸掛器和尾管懸掛器封隔器，以便保持井眼尺寸、替代常規(guī)的套管；割縫膨脹管主要用于封隔破碎帶和膨脹防砂網，作為一種新的完井手段，提高油井產量[5]。

4 非API油井管

非API油井管有3類：第1類是非API鋼級系列，第2類是非API螺紋系列，第3類是非API規(guī)格系列。第1類主要與材質有關。這類油井管的力學性能（強度、韌性等）或物理、化學性能（耐蝕性等）與API油井管相比有更高的檔次和更嚴格的要求；第2類是不同于API螺紋的特殊螺紋系列；第3類是幾何尺寸（如外徑、壁厚和接箍尺寸）不同于API標準的油井管。通常所說的非API油井管主要指第1類和第2類，即非API鋼級和特殊螺紋。而且，在多數情況下，非API鋼級油井管同時也采用了特殊螺紋。非API油井管實際上是高性能或具有特殊性能的油井管。

存在的問題

我國目前的套管生產廠家雖多但生產規(guī)模不大，而且品種規(guī)格不夠齊全，產品質量較差，個別鋼級、特殊用途的石油套管還需進口。如API標準規(guī)定的產品須100%進行水壓試驗、無損探傷以及接箍上扣扭矩-圈數控制，但國內企業(yè)的產品根本無法完全實現，有的廠家甚至連100%地通徑檢驗都做不到，更談不上對螺紋參數及其公差的控制，因此產品質量較差。油田自建的套管加工廠以及為之提供光管的生產廠家等，生產裝備差、生產工藝不完善、生產能力低下，基本不具備生產套管的能力，幾乎無一家通過API認證，產品質量無法保障，個別企業(yè)還把檢驗不合格的 “下線管”、“協(xié)議管”、“次品管”充當正品管賣給油田，更甚者還在產品上打上API標志或注有“API 5CT”字樣，不僅攪亂了整個國產套管的市場，而且對國產化進程的干擾也很大。油管的問題更多，國內各油氣田每年油管需求量為18萬～22萬t。嚴格地講，真正具備生產能力和條件并能夠生產出符合API標準的只有上海寶鋼一家，但是目前國內已有20余個廠家在參與油管的加工生產，生產能力超過總需求量的3倍左右。很多廠家不具備水壓試驗、無損探傷和上扣擰接力矩控制的能力，部分廠家加工生產的油管，冶金質量不合格，螺紋加工超差嚴重。

結語

從油井管自身分析，油井管各種失效模式歸根結底是由兩個方面的因素引起的，即材料因素和結構因素。材料因素包括材料的成分、組織、性能及冶金質量，集中體現在鋼級上；結構因素是指油井管的幾何形狀和尺寸精度，主要體現在螺紋連接上。油井管的根本問題是鋼級問題和螺紋連接問題，特殊螺紋接頭聯(lián)接套管，隨著天然氣的大量開發(fā)，原有的長圓、偏梯螺紋接頭套管已不適應要求，急需供應特殊螺紋接頭的套管，這是一個潛在的已經亮相的巨大市場。

為滿足日益嚴酷的服役條件，杜絕或減少失效事故，鉆桿、套管、油管都形成了品種繁多的非API鋼級。非API油井管的鋼級約有110多種，大大超過API鋼級的數量。非API鋼級的實際使用量占全部油井管總量的40%左右。

隨著油井深度、井底壓力和溫度日益增高，國外已有30多家油井管廠商開發(fā)了100多種有專利權的特殊螺紋接頭。目前，特殊螺紋接頭油井管已占全部油套管的21%，并且還在繼續(xù)增長。特殊螺紋接頭的品種也開始收縮和集中。VAM系列特殊螺紋油井管已占全球特殊螺紋油井管總量的50%。

[1]李鶴林,韓禮紅.芻議我國油井管產業(yè)的發(fā)展方向[J].焊管,2009，32（4）:5-10.

[2]李鶴林.油氣輸送管的發(fā)展動向與展望[J].焊管,2004,27(6):1-11.

[3]殷國茂,張之奇,楊秀琴,等.我國油井管生產回顧和展望[J].鋼管, 2002,31(6)：1-5.

[4]張嗣偉．石油連續(xù)柔性管技術的現狀與進展[J].石油專用管,1997, 5(3)：l-7．

[5]李鶴林.油井管發(fā)展動向及若干熱點問題(下)[J].鋼管,2006,35(1)：1-6.

The status of the study about oil well tubes are generalized from three aspects like kinds,uses and problems of tubes.And then the discussion focuses on the problems existing in the study and production of oil well exploration&exploitation and oil well tubes,coupled with the development tendency in the future.At last,it is presented that there is a large gap between advanced countries and our country in the technical fields of high-end products,so it is necessary to speed up the localization of oil well tubes with high quality.

oil well tubes;drill string tubes;coiled tubes;expansion tubes

豐振軍（1982-），男，主要從事石油管材的質量監(jiān)督與檢驗工作。

2010-06-08