中國(guó)油井管研究進(jìn)展

豐振軍 曹 峰 楊力能 易曉明 上官豐收 雷凌云 趙 森

中國(guó)石油集團(tuán)石油管工程技術(shù)研究院 （陜西 西安 710065）

中國(guó)油井管研究進(jìn)展

豐振軍 曹 峰 楊力能 易曉明 上官豐收 雷凌云 趙 森

中國(guó)石油集團(tuán)石油管工程技術(shù)研究院 （陜西 西安 710065）

從油井管的品種、用途、存在的問(wèn)題三方面綜述了油井管的研究現(xiàn)狀，探討了油井勘探開(kāi)發(fā)和油井管在研究、生產(chǎn)中存在的問(wèn)題以及未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。指出，在高端產(chǎn)品技術(shù)領(lǐng)域，中國(guó)和發(fā)達(dá)國(guó)家之間仍然存在一定的差距，應(yīng)加快高性能油井管?chē)?guó)產(chǎn)化進(jìn)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(kāi)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(gòu)件（鉆桿、方鉆桿、鉆鋌等）、套管及油管等。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每鉆進(jìn)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(lái)，我國(guó)每年消耗油井管超過(guò)200×104t[1]。油井管在石油工業(yè)中的地位不僅表現(xiàn)為用量大、花費(fèi)高，更重要的是其質(zhì)量和性能直接決定了我國(guó)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(kāi)發(fā)安全可靠性高、使用壽命長(zhǎng)、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的油井管是提高油井、油田壽命，發(fā)展我國(guó)石油工業(yè)的必要前提。

中國(guó)油井管發(fā)展歷程

我國(guó)油井管的生產(chǎn)歷史已有50多年，20世紀(jì)50～70年代，是我國(guó)油井管生產(chǎn)技術(shù)較為落后階段，不論是數(shù)量、品種還是質(zhì)量都遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿(mǎn)足不了石油工業(yè)的發(fā)展需要。自1978年以來(lái)，我國(guó)已在油井管?chē)?guó)產(chǎn)化方面做了很大努力，雖然產(chǎn)量有所增加，但還是不能滿(mǎn)足工業(yè)對(duì)油井管的需求 （從1981年的每年29萬(wàn)t增加到1990年的每年90萬(wàn)t左右）。1998年油井管的消耗量為89萬(wàn)t，而從 1959年起到1989年底，中國(guó)全國(guó)才共生產(chǎn)油井管81.2萬(wàn)t，即30年的總產(chǎn)量還滿(mǎn)足不了1年的需求。1949-1994年，中國(guó)共進(jìn)口油井管1 150萬(wàn)t，國(guó)內(nèi)總產(chǎn)量約120萬(wàn)t，自給率僅10%。1990年以來(lái)，在“寶鋼”、天津鋼管公司投產(chǎn)后，我國(guó)產(chǎn)量逐年大幅度提高，國(guó)產(chǎn)化率已經(jīng)由原來(lái)的不足 10%上升到 1996年的50%、1997年的 60%，至 2002年國(guó)產(chǎn)化率已達(dá)80%，使我國(guó)由一個(gè)油井管進(jìn)口大國(guó)變成絕大部分自給、少量進(jìn)口和有一定量出口的國(guó)家[2]。

中國(guó)油井管發(fā)展現(xiàn)狀

1 鉆柱構(gòu)件

鉆柱構(gòu)件包括鉆桿、方鉆桿、鉆鋌等。目前，我國(guó)具有代表性的鉆桿生產(chǎn)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(chǎn)能力為56 800t，生產(chǎn)和銷(xiāo)售API標(biāo)準(zhǔn)的E75、X95、G105和S135鋼級(jí)鉆桿產(chǎn)品?！皩氫摗弊?978年建廠以來(lái)，現(xiàn)鉆桿年產(chǎn)量為2萬(wàn)t，既能生產(chǎn)滿(mǎn)足API標(biāo)準(zhǔn)尺寸的各種鉆桿，也能生產(chǎn)非API標(biāo)準(zhǔn)的高強(qiáng)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(guó)技術(shù)，獲得了美國(guó)石油協(xié)會(huì)API會(huì)標(biāo)使用權(quán)并通過(guò)了ISO 9001質(zhì)量體系認(rèn)證，年產(chǎn)能力為2萬(wàn)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(chǎn)企業(yè)，采用日本鉆桿生產(chǎn)設(shè)備，年產(chǎn)量為1.68萬(wàn)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(diǎn)是壁厚大、具有較大的重力和剛度。目前，我國(guó)鉆鋌生產(chǎn)企業(yè)最主要的就是山西風(fēng)雷機(jī)械制造有限責(zé)任公司。該公司是我國(guó)較早生產(chǎn)鉆鋌的企業(yè)，早在1978年就生產(chǎn)出我國(guó)第一根石油鉆鋌，現(xiàn)已獲美國(guó)石油學(xué)會(huì)API會(huì)標(biāo)使用許可證，并獲得ISO 9002質(zhì)量管理體系認(rèn)證，是我國(guó)石油行業(yè)鉆具生產(chǎn)的主要供應(yīng)商，產(chǎn)品市場(chǎng)占有率約為60%。多年來(lái)，該公司利用深孔加工、大型機(jī)加工等技術(shù)優(yōu)勢(shì)，研制出多種規(guī)格且符合API SPEC 7和API SPEC 5D標(biāo)準(zhǔn)的鉆鋌產(chǎn)品，部分產(chǎn)品已出口中東、北美和南亞各國(guó)[3]。

2 連續(xù)油管

連續(xù)油管又稱(chēng)撓性管、蛇形管或盤(pán)管，是一種纏繞在卷筒上，可以連續(xù)下入或起出的無(wú)螺紋連接的長(zhǎng)油管，它廣泛用于油氣田修井、測(cè)井、鉆井等。連續(xù)油管及其操縱設(shè)備稱(chēng)為盤(pán)管作業(yè)機(jī)或連續(xù)油管作業(yè)機(jī)[4]。連續(xù)油管在國(guó)外已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，特別是加拿大，而我國(guó)對(duì)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(guó)休斯敦，他們主要是Quality Tubing(優(yōu)質(zhì)油管公司)、Precision Technology(精密油管技術(shù)公司)、Southwestern Pipe (西南管材公司)。目前，我國(guó)對(duì)連續(xù)油管的研究、開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)已有了突破性的進(jìn)展。2007年12月，世界第三條、亞洲第一條連續(xù)油管生產(chǎn)線在寶雞石油鋼管有限責(zé)任公司正式開(kāi)工建設(shè)；2009年6月，亞洲首盤(pán)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(shè)計(jì)生產(chǎn)的CT80級(jí)連續(xù)油管，在川渝氣田進(jìn)行的首次下井試驗(yàn)獲得成功，從而打破國(guó)外公司對(duì)同類(lèi)產(chǎn)品的壟斷，這不僅標(biāo)志著連續(xù)油管?chē)?guó)產(chǎn)化時(shí)代的到來(lái)，而且對(duì)中國(guó)石油裝備產(chǎn)品躋身國(guó)際市場(chǎng)及培育國(guó)內(nèi)市場(chǎng)具有重要意義。

3 膨脹管

膨脹管技術(shù)是近年發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)實(shí)用鉆井技術(shù)。通過(guò)一種機(jī)械膨脹裝置，靠液體壓力推進(jìn)，在膨脹錐體推進(jìn)過(guò)程中使井下管件經(jīng)過(guò)塑性變形達(dá)到擴(kuò)大管徑的目的。膨脹管分實(shí)體膨脹管和割縫膨脹管兩類(lèi)。實(shí)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(bǔ)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(wǎng)，作為一種新的完井手段，提高油井產(chǎn)量[5]。

4 非API油井管

非API油井管有3類(lèi)：第1類(lèi)是非API鋼級(jí)系列，第2類(lèi)是非API螺紋系列，第3類(lèi)是非API規(guī)格系列。第1類(lèi)主要與材質(zhì)有關(guān)。這類(lèi)油井管的力學(xué)性能（強(qiáng)度、韌性等）或物理、化學(xué)性能（耐蝕性等）與API油井管相比有更高的檔次和更嚴(yán)格的要求；第2類(lèi)是不同于API螺紋的特殊螺紋系列；第3類(lèi)是幾何尺寸（如外徑、壁厚和接箍尺寸）不同于API標(biāo)準(zhǔn)的油井管。通常所說(shuō)的非API油井管主要指第1類(lèi)和第2類(lèi)，即非API鋼級(jí)和特殊螺紋。而且，在多數(shù)情況下，非API鋼級(jí)油井管同時(shí)也采用了特殊螺紋。非API油井管實(shí)際上是高性能或具有特殊性能的油井管。

存在的問(wèn)題

我國(guó)目前的套管生產(chǎn)廠家雖多但生產(chǎn)規(guī)模不大，而且品種規(guī)格不夠齊全，產(chǎn)品質(zhì)量較差，個(gè)別鋼級(jí)、特殊用途的石油套管還需進(jìn)口。如API標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的產(chǎn)品須100%進(jìn)行水壓試驗(yàn)、無(wú)損探傷以及接箍上扣扭矩-圈數(shù)控制，但國(guó)內(nèi)企業(yè)的產(chǎn)品根本無(wú)法完全實(shí)現(xiàn)，有的廠家甚至連100%地通徑檢驗(yàn)都做不到，更談不上對(duì)螺紋參數(shù)及其公差的控制，因此產(chǎn)品質(zhì)量較差。油田自建的套管加工廠以及為之提供光管的生產(chǎn)廠家等，生產(chǎn)裝備差、生產(chǎn)工藝不完善、生產(chǎn)能力低下，基本不具備生產(chǎn)套管的能力，幾乎無(wú)一家通過(guò)API認(rèn)證，產(chǎn)品質(zhì)量無(wú)法保障，個(gè)別企業(yè)還把檢驗(yàn)不合格的 “下線管”、“協(xié)議管”、“次品管”充當(dāng)正品管賣(mài)給油田，更甚者還在產(chǎn)品上打上API標(biāo)志或注有“API 5CT”字樣，不僅攪亂了整個(gè)國(guó)產(chǎn)套管的市場(chǎng)，而且對(duì)國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程的干擾也很大。油管的問(wèn)題更多，國(guó)內(nèi)各油氣田每年油管需求量為18萬(wàn)～22萬(wàn)t。嚴(yán)格地講，真正具備生產(chǎn)能力和條件并能夠生產(chǎn)出符合API標(biāo)準(zhǔn)的只有上海寶鋼一家，但是目前國(guó)內(nèi)已有20余個(gè)廠家在參與油管的加工生產(chǎn)，生產(chǎn)能力超過(guò)總需求量的3倍左右。很多廠家不具備水壓試驗(yàn)、無(wú)損探傷和上扣擰接力矩控制的能力，部分廠家加工生產(chǎn)的油管，冶金質(zhì)量不合格，螺紋加工超差嚴(yán)重。

結(jié)語(yǔ)

從油井管自身分析，油井管各種失效模式歸根結(jié)底是由兩個(gè)方面的因素引起的，即材料因素和結(jié)構(gòu)因素。材料因素包括材料的成分、組織、性能及冶金質(zhì)量，集中體現(xiàn)在鋼級(jí)上；結(jié)構(gòu)因素是指油井管的幾何形狀和尺寸精度，主要體現(xiàn)在螺紋連接上。油井管的根本問(wèn)題是鋼級(jí)問(wèn)題和螺紋連接問(wèn)題，特殊螺紋接頭聯(lián)接套管，隨著天然氣的大量開(kāi)發(fā)，原有的長(zhǎng)圓、偏梯螺紋接頭套管已不適應(yīng)要求，急需供應(yīng)特殊螺紋接頭的套管，這是一個(gè)潛在的已經(jīng)亮相的巨大市場(chǎng)。

為滿(mǎn)足日益嚴(yán)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(jí)。非API油井管的鋼級(jí)約有110多種，大大超過(guò)API鋼級(jí)的數(shù)量。非API鋼級(jí)的實(shí)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(guó)外已有30多家油井管廠商開(kāi)發(fā)了100多種有專(zhuān)利權(quán)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(zhǎng)。特殊螺紋接頭的品種也開(kāi)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(guó)油井管產(chǎn)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(dòng)向與展望[J].焊管,2004,27(6):1-11.

[3]殷國(guó)茂,張之奇,楊秀琴,等.我國(guó)油井管生產(chǎn)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(shù)的現(xiàn)狀與進(jìn)展[J].石油專(zhuān)用管,1997, 5(3)：l-7．

[5]李鶴林.油井管發(fā)展動(dòng)向及若干熱點(diǎn)問(wèn)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(zhì)量監(jiān)督與檢驗(yàn)工作。

2010-06-08