國內外石油管材發展趨勢及質量現狀淺析

張 蕾，何小東，陳宏達

中國石油集團石油管工程技術研究院（陜西西安710077）

國內外石油管材發展趨勢及質量現狀淺析

張 蕾，何小東，陳宏達

中國石油集團石油管工程技術研究院（陜西西安710077）

簡述了油氣輸送管線鋼管及油井管的發展趨勢。以油氣輸送鋼管為例，比較了國內外管材的質量差距。分析表明，盡管國內石油用鋼管生產廠的裝備水平及自動化程度很高，但在企業產品質量管理理念和實際控制水平方面，依然落后于發達國家。最后，進一步分析了影響管材質量的主要問題，并提出了加強失效分析、加強石油專用管標準化工作等管材質量改進的建議。

石油管材；質量；質量控制；標準

隨著全球化經濟的飛速發展，人們對石油天然氣能源需求日益增加，“三超”油氣、頁巖氣、稠油和海洋油氣等非常規油氣田的開發需要具有特殊性能的高質量管材。為了解決日趨突出的油水系統腐蝕、結垢的問題，玻璃纖維管線管、柔性復合管（高、低壓）、塑料合金防腐蝕復合管以及鋼骨架復合管等多種非金屬管道在油田相繼得到了廣泛應用。而作為石油和天然氣的一種經濟、安全、不間斷的長距離輸送工具，油氣輸送管道近年來取得了巨大的發展[1]。到目前為止，全球油氣輸送長距離輸送管道的總長度已超過2.3×106km，且平均以每年2.5×104km的速度增加。油氣輸送管道特別是天然氣管道正在向“大口徑、高壓輸送、高鋼級管材”趨勢發展，因為高鋼級管材的開發和應用可減小鋼管的壁厚和重量，減少焊接時間，降低管道成本和建設成本[2]。因此，石油管材的質量對油氣開發和運輸具有重要意義。

1 國內外石油管材發展趨勢

1.1 油氣輸送管道用鋼管發展趨勢

自1996年陜京管線使用直徑Φ660mm，最高鋼級X60，最大工作壓力6.4MPa的鋼管到2008年西氣東輸二線采用直徑為Φ1 219mm，鋼級X80，輸氣壓力12MPa的鋼管，標志著我國天然氣管道工業發展到了一個新水平。與國外裝備相比，我國油氣輸送管道用鋼管生產裝備和自動化程度有了很大提高，已達到甚至超過了國外制造商的水平，其生產效率也有較大提高。在無損檢測技術上，對于埋弧焊管采用X射線工業電視+超聲波探傷技術；對于HFW焊管和無縫鋼管主要采用超聲波探傷或渦流探傷。

國外生產油氣管道用鋼管的廠商主要為歐洲鋼管公司、韓國浦項制鐵公司，以及日本住友金屬、日本新日鐵、日本JFE等幾大鋼鐵企業[3]。國外公司生產的油氣輸送鋼管產品主要為UOE直縫埋弧焊接鋼管、HFW鋼管，其中UOE直縫埋弧焊接鋼管最高鋼級已達到X120。國外生產商可以根據不同的技術條件要求，制造不同夏比沖擊吸收能量的鋼管，以滿足使用要求。一般的X70鋼級鋼管管體的平均夏比沖擊吸收能量在-20℃時可以達到220J以上，焊縫和熱影響區的夏比沖擊吸收能量在-20℃時可以達到60J以上，完全滿足油氣輸送管道用鋼管延性斷裂控制的需求。

為了滿足長距離管線輸送能力的經濟性要求和應對極地、海上和酸性等惡劣環境的安全性要求，目前國內外油氣輸送鋼管的發展趨勢是開發大直徑高強度管線鋼管、低溫環境用高韌性管線鋼管、大位移地區用大變形管線鋼管、腐蝕環境用管線鋼管、海洋服役環境用厚壁管線鋼管。

1.2 油井管產品發展趨勢

近年來，我國主要油井管生產企業的產品在全面覆蓋API Spec 5DP-2009《鉆桿規范》和API Spec 5CT-2011《套管和油管規范》的基礎上，也開發了系列的非API鋼級和特殊螺紋接頭油井管，如150鋼級鉆桿、超級13Cr和雙相不銹鋼及耐蝕合金油套管、耐CO2腐蝕的油套管、抗H2S應力腐蝕的油套管和高抗擠套管。國內油井管的生產商在無損檢測技術上采用自動超聲波探傷系統或渦流探傷系統。

國外油井管主要的生產廠是日本住友金屬、日本JFE公司，歐洲的V&M和Grant公司[4]。這些公司生產的油井管主要品種為非API類型的無縫鋼管產品，其產品鋼級最高達到了1.14MPa（165psi），主要用于深井和超深井，或寒冷地區石油天然氣開采，在具有高強度的同時，仍保持較高的沖擊韌性或低溫沖擊韌性。有的還要求具有抗CO2腐蝕、抗H2S腐蝕或H2S應力腐蝕。

油井管服役條件惡劣，對鋼的質量要求很嚴格，必須按專門標準或技術條件生產和檢驗。國外大都采用美國石油學會API標準，例如鉆桿采用API Spec 5DP-2009《鉆桿規范》，套管油管采用API Spec 5CT-2011《套管和油管規范》[5]。國內外非API油套管已經形成深井超深井用油套管，高抗擠及超高抗擠油套管，抗H2S應力腐蝕油套管10多個產品系列；近20年來，隨著我國鋼鐵企業的發展，油井管產品質量也不斷提高，一般服役條件下，國內油井管的質量即可保證使用要求，國產化自給率逐年提升，如圖1所示。天津鋼管的TP系列油套管最高年產量已超過40萬t，占全年油套管總產量的32%。寶鋼BG系列占27%。國產非API油井管產品總體上已達到或接近國外同類產品的先進水平。

圖1 我國油井管自給率變化趨勢

與國外產品尚有差距的主要是超級13Cr、雙相不銹鋼及耐蝕合金油套管，我國當前使用的高端不銹鋼與鎳基合金油管尚需部分從國外進口。

1.3 非金屬管材發展趨勢

石油天然氣開采業需要大量管材，由于非金屬管材優良的耐腐蝕性和較低的水力摩阻，非金屬管材已經成為油氣田開發中的重要組成部分，廣泛應用于油氣集輸、供水及注水等系統。例如優良的耐腐蝕性能，使非金屬管材成為油田內部集輸管網解決腐蝕問題的重要手段。非金屬管材的使用對減少腐蝕泄露、節省投資等發揮了重要的作用。目前，中石油各油田應用非金屬管地面管線的長度已超過2.5×104km，約占油田內部集輸管道的10%。據不完全統計，中石油每年新增的非金屬管道達到5 000km。隨著非金屬管道產業的發展和技術的進步，它們在石油天然氣行業的應用前景越來越廣闊，預計年增長率將超過15%以上。

國內外油氣田常用的非金屬管可以分為塑料管、增強熱固性塑料管（玻璃鋼管）、金屬增強塑料復合管、有機纖維增強塑料復合管、非金屬內襯復合管5種類型。其中玻璃鋼管道用量最大，占總量的61.5%，增強熱塑性塑料復合管占20%、鋼骨架聚乙烯復合管占10%左右。非金屬管應用領域主要包括注入管道（水、醇）、集/輸油管道、集/輸氣管道和供水管道。其中注入管道應用數量最大，約占總數的45%，集油管道約占35%，供水管道約為15%，輸油管道和集/輸氣管道用量共占5%左右。

2 國內外石油管材質量對比及建議

2.1 國內外石油管材質量對比

以油氣輸送鋼管為例，國內油氣輸送管道用鋼管經過多年的發展，其生產裝備和技術水平得到了很大程度的提高。產品質量控制手段上通過不斷學習國外先進技術，質量體系得到了不斷完善。產品質量的無損探傷、理化性能實驗等檢測技術方面也得到了充分應用，促進了中國油氣輸送管道質量迅速提升[6]。但是，單從質量控制水平和穩定性方面來講，國內油氣輸送鋼管生產企業與發達國家的產品質量的控制水平還有一定差距，從圖2中國內外X80屈服強度的統計分布即可看出。因此，國內石油管材生產企業需要在產品質量管理理念和實際控制水平方面進一步加強。

2.2 影響油氣輸送鋼管質量的主要原因及改進建議

通過對202起油氣輸送用鋼管質量問題進行統計，總結出了產品制造過程中存在的質量問題。從圖3可以看出，油氣輸送鋼管產品的質量不合格原因主要是成品的外觀質量、理化性能、原材料質量和焊接質量（包括補焊）所致，這些質量問題尤為突出，占所有問題的70%以上。

圖2 國內外X80直縫埋弧焊管屈服強度分布比較

圖3 國內油氣輸送鋼管質量問題分布統計

油氣井用油管、套管的失效分析也表明，引起油管失效主要原因如下：①材料的成分和工藝控制不當，導致理化性能不合格；②標準未及時更新和加工的不穩定引起的幾何尺寸不合格；③未搞清材料、鍍層及螺紋參數等各因素之間的關系，難以解決粘扣問題；④設計上的缺陷是導致高鋼級、大壁厚的套管密封不合格的主要原因。

其中理化性能引起的失效比例最高，粘扣、密封和腐蝕性能次之。

非金屬管材在油氣田使用過程中，也還存在許多質量問題，并因此引發了許多失效事故。在一定程度上影響了非金屬管材在石油行業的推廣和應用。通過大量的分析，非金屬壓力管道在油氣田發生失效事故的原因主要有3個方面：①結構和選材設計不當；②生產工藝水平參差不齊；③檢測標準和試驗條件不完備。

因此，對于油氣輸送鋼管和油井管產品，雖然國內企業的裝備已與國外先進水平相當，但是在提供產品質量的穩定性方面還有很大的提升空間。管材制造企業和鋼板/板卷的生產企業應著力加強產品質量控制能力，尤其是員工素質和能力的提升以及質量意識的加強。在行業管理上，建議在這幾個方面著力開展工作：①加強失效分析；②加強石油專用管標準化工作；③加強制造許可的實施力度，完善準入檢驗制度；④要進一步加大抽檢范圍、抽檢比例和抽檢量，做到種類、廠家全覆蓋，對于非API標準套管，抽檢比例要高于API標準的套管；⑤優化油井管供貨分配方案。

3 結語

我國石油工業用管材生產裝備水平及自動化程度已接近或超過國外的水平，國產化自給率已高達98%，但在產品的總體實物質量穩定性方面還有較大的提升空間，制造企業應加強質量管理和提高產品質量控制水平。

[1]馮耀榮.當前國際油氣管道工業的發展動向[J].油氣儲運，2001,20(7)：1-4.

[2]黃開文.國外高鋼級管線鋼的研究與使用情況[J].焊管, 2003,26(3):1-10.

[3]霍春勇,馬秋榮,馮耀榮,等.高壓天然氣管線與高鋼級管線鋼[G]//中國石油天然氣集團公司管材研究所.石油管工程應用基礎研究論文集.北京:石油工業出版社,2001:53-66.

[4]李鶴林,馮耀榮,霍春勇,等.低碳超低碳微合金化管線鋼的顯微組織[G]//中國石油天然氣集團公司管材研究所.石油管工程應用基礎研究論文集.北京:石油工業出版社,2001: 77-95.

[5]吉玲康,馮耀榮,李鶴林.螺旋縫埋弧焊管與直縫埋弧焊管的對比評價[G]//中國石油天然氣集團公司管材研究所.石油管工程應用基礎研究論文集.北京:石油工業出版社, 2001:107-127.

[6]馮耀榮,霍春勇,李鶴林.天然氣輸送管線鋼管性能要求與質量控制及管材選用探討[G]//中國石油天然氣集團公司管材研究所.石油管工程應用基礎研究論文集.北京:石油工業出版社，2001:38-52.

The development trend of the steel pipe used for oil and gas transmission and oil wells are introduced briefly.Taking the oil and gas transmission pipe as an example,the quality gap between domestic and foreign materials is analyzed.The analysis shows that,al?though the equipment quality and automation level of domestic oil steel pipe production plants is very high,their product quality manage?ment concept and actual control level still lag behind the developed countries.Finally,the main factors affecting the quality of the pipe are analyzed,and the suggestions on the quality improvement of the special pipe such as strengthening the failure analysis and the stan?dardization of the pipe are put forward.

petroleum tubular goods;quality;quality control;standard

賈強

2016-03-08

張蕾（1982-），女，工程師，主要從事質量體系管理，石油管材質量監督、制造許可評審等工作。