耐蝕合金無(wú)縫油套管標(biāo)準(zhǔn)新舊版的主要變化

熊慶人，秦長(zhǎng)毅，徐 婷，屈憶欣，呂 華

(中國(guó)石油集團(tuán)石油管工程技術(shù)研究院 陜西 西安 710077)

0 引 言

耐蝕合金無(wú)縫油套管，尤其是鎳基合金油套管，其合金含量高達(dá)60%以上，主要用于地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、高溫高壓、高腐蝕性的特大型海相天然氣田的開(kāi)采。我國(guó)的幾大油氣田如四川、長(zhǎng)慶、中原、華北、塔里木油氣田以及美國(guó)的巴拿馬、加拿大的阿爾伯達(dá)等油氣田都含有不同程度的 H2S、CO2以及Cl-等腐蝕性介質(zhì)[1-2]。隨著苛刻環(huán)境油氣田的開(kāi)發(fā)，耐蝕合金無(wú)縫管的需求量不斷增加。該產(chǎn)品因制造工序復(fù)雜、生產(chǎn)難度大、質(zhì)量要求嚴(yán)格等，被譽(yù)為生產(chǎn)技術(shù)含量最高的產(chǎn)品之一。

長(zhǎng)期以來(lái)，耐蝕合金油井管材的核心制造技術(shù)被美國(guó)的美鋼聯(lián)、德國(guó)的 V&M、日本的住友金屬、新日鐵以及川崎制鐵、法國(guó)的 Vallourec 、阿根廷的 Siderca、墨西哥的 TAMSA、意大利的 Dalmin、西班牙的TR等國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家的鋼管公司所壟斷[3]。這些公司以其完整的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、強(qiáng)大的開(kāi)發(fā)能力，不斷制造出新產(chǎn)品以滿足國(guó)際石油行業(yè)發(fā)展的需要，因而基本上控制了高端油井管的技術(shù)和市場(chǎng)[4]。

為了滿足工程需求，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO/TC67/SC5分技術(shù)委員會(huì)于2000年首次制定了ISO 13680“Petroleum and natural gas industries — Corrosion-resistant alloy seamless tubes for use as casing, tubing and coupling stock —Technical delivery conditions”，隨后分別于2008年、2010年進(jìn)行了修訂，目前正在對(duì)2010版標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行修訂。

我國(guó)自上世紀(jì)八十年代以后，耐蝕合金管材的冶金技術(shù)取得重大進(jìn)步，冶金裝備得到全面升級(jí)，許多特殊鋼生產(chǎn)企業(yè)在冶金硬件設(shè)備上達(dá)到了國(guó)際水平，具備了自主研發(fā)耐蝕合金的條件和能力，并陸續(xù)開(kāi)發(fā)出一些新牌號(hào)的耐蝕合金，部分滿足了油田高腐蝕環(huán)境開(kāi)采的需求。

近些年來(lái)，隨著我國(guó)川北地區(qū)普光、龍崗、羅家寨等復(fù)雜地質(zhì)特大型天然氣田的發(fā)現(xiàn)及商業(yè)化開(kāi)采的推進(jìn)，對(duì)耐蝕合金油套管，尤其是鎳基合金油套管的需求迅速增加。鎳基合金油套管成為國(guó)家重大工程——川氣東送建設(shè)工程大量急需的重要物資。為打破國(guó)外鎳基合金油套管進(jìn)口價(jià)格居高不下、交貨期難以保證的不利局面，鎳基合金等耐蝕合金無(wú)縫油套管的國(guó)產(chǎn)化勢(shì)在必行。國(guó)內(nèi)部分企業(yè)自2007年起研究開(kāi)發(fā)鎳基合金油套管[4-10]，產(chǎn)品已用于中石油四川龍崗天然氣田的開(kāi)采作業(yè)，這是我國(guó)天然氣開(kāi)采首次采用國(guó)產(chǎn)鎳基合金油套管，標(biāo)志著國(guó)內(nèi)鋼管業(yè)依靠自主創(chuàng)新，成功掌握了鎳基合金油套管的制造技術(shù)，有力支撐了國(guó)家能源安全戰(zhàn)略的實(shí)施。

為了適應(yīng)這種發(fā)展的需要，我國(guó)于2009年制定并發(fā)布了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 23802-2009《石油和天然氣工業(yè) 套管、油管和接箍毛坯用耐腐蝕合金無(wú)縫管交貨技術(shù)條件》，采用的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)為ISO 13680:2000。而2011年對(duì)GB/T 23802-2009標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行修訂立項(xiàng)時(shí)，ISO 13680標(biāo)準(zhǔn)已發(fā)布2010年版本，與其采標(biāo)的ISO標(biāo)準(zhǔn)相差2個(gè)版本。ISO 13680:2010標(biāo)準(zhǔn)相比GB/T 23802-2009采標(biāo)的2000年ISO 13680標(biāo)準(zhǔn)變化較大，對(duì)部分章節(jié)進(jìn)行了刪減，對(duì)部分章節(jié)進(jìn)行了合并、補(bǔ)充和完善，同時(shí)增加了部分章節(jié)和附錄，篇幅大幅增加。為滿足我國(guó)耐蝕合金油套管?chē)?guó)產(chǎn)化及油氣田開(kāi)發(fā)的需求，根據(jù)《關(guān)于編制2015年石油天然氣國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目計(jì)劃的通知》(油標(biāo)委秘字〔2014〕13號(hào)文件)要求，依據(jù)最新版國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO 13680:2010對(duì)2009版的該國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行修訂，跟上國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的最新發(fā)展趨勢(shì)。

GB/T 23802-2015《石油和天然氣工業(yè)套管、油管和接箍毛坯用耐腐蝕合金無(wú)縫管交貨技術(shù)條件》的修訂工作由中國(guó)石油集團(tuán)石油管工程技術(shù)研究院負(fù)責(zé)，寶山鋼鐵股份有限公司參加了該標(biāo)準(zhǔn)的修訂。該標(biāo)準(zhǔn)于2015年5月15日發(fā)布，9月1日實(shí)施。

1 新舊標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)變化

GB/T 23802標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了套管、油管和接箍毛坯用耐蝕合金無(wú)縫管的交貨技術(shù)條件，包括制造工藝、材料、尺寸重量和允許偏差、檢驗(yàn)和試驗(yàn)、表面處理、標(biāo)記、表面保護(hù)、搬運(yùn)、包裝及儲(chǔ)存等要求。適用于以下四組產(chǎn)品：①第一組：馬氏體或馬氏體/鐵素體不銹合金；②第二組：鐵素體-奧氏體不銹合金，如雙相不銹鋼或超級(jí)雙相不銹鋼；③第三組：奧氏體不銹鋼；④第四組：奧氏體鎳基合金。

該標(biāo)準(zhǔn)的新舊版本結(jié)構(gòu)差異較大，見(jiàn)表1。GB/T 23802-2015[4]標(biāo)準(zhǔn)共有14章正文和6個(gè)附錄。相比GB/T 23802-2009標(biāo)準(zhǔn)增加了第2章“一致性”，以及第13章“文件”，并將所有的表、圖等作為附錄，購(gòu)方檢驗(yàn)、純凈度要求、產(chǎn)品規(guī)范等級(jí)2(PSL2)等亦作為附錄，共增加了6個(gè)附錄；刪除了GB/T 23802-2009標(biāo)準(zhǔn)第四章“分類(lèi)”，第6章“材料設(shè)計(jì)評(píng)定”；刪除了第11章“試驗(yàn)方法”，將其有關(guān)內(nèi)容并入GB/T 23802-2015標(biāo)準(zhǔn)的第九章“檢驗(yàn)與試驗(yàn)”；修訂了“制造工藝”、“材料要求”、“尺寸、重量和偏差”以及“檢驗(yàn)與試驗(yàn)”等中的有關(guān)內(nèi)容；2015版標(biāo)準(zhǔn)將2009版標(biāo)準(zhǔn)中的10.3購(gòu)方檢驗(yàn)作為了其規(guī)范性附錄D(內(nèi)容無(wú)重大變化)。修訂后的標(biāo)準(zhǔn)更加完善、緊湊，更具條理性、邏輯性，便于使用。

表1 GB/T 23802標(biāo)準(zhǔn)新舊版的結(jié)構(gòu)變化

續(xù)表

2 主要技術(shù)內(nèi)容的變化及分析

2.1 產(chǎn)品規(guī)范等級(jí)

GB/T 23802-2009標(biāo)準(zhǔn)未對(duì)套管、油管和接箍毛坯用耐蝕合金無(wú)縫管產(chǎn)品規(guī)范等級(jí)進(jìn)行劃分。

GB/T 23802-2015標(biāo)準(zhǔn)將套管、油管和接箍毛坯用耐蝕合金無(wú)縫管劃分為兩個(gè)產(chǎn)品規(guī)范等級(jí)，即PSL1和PSL2。其中，PSL-1是該標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)要求，PSL-2是對(duì)其的補(bǔ)充要求。PSL-2對(duì)用于同時(shí)抗環(huán)境腐蝕和抗環(huán)境開(kāi)裂的產(chǎn)品提出了附加要求，評(píng)定方法由ISO 15156-3及該標(biāo)準(zhǔn)附錄F給出。這種劃分有利于用戶根據(jù)不同服役環(huán)境選用管材，也有利于制造廠根據(jù)不同需求來(lái)組織生產(chǎn)、檢驗(yàn)。

2.2 沖擊韌性要求

GB/T 23802-2009標(biāo)準(zhǔn)僅籠統(tǒng)提出了對(duì)不同組別產(chǎn)品的縱向、橫向最小吸收能要求(見(jiàn)GB/T23802-209表5)，未對(duì)同一組別中不同鋼級(jí)、不同臨界壁厚的接箍毛坯或管子提出不同要求。

GB/T 23802-2015標(biāo)準(zhǔn)對(duì)夏比V型缺口沖擊性能的要求包括7.4、7.5、7.6共3個(gè)條款，分別為一般要求以及對(duì)接箍毛坯和管子分別提出的要求。一般要求包括試驗(yàn)結(jié)果評(píng)判、臨界壁厚、試樣尺寸取向和序列、替代尺寸沖擊試樣、小尺寸試樣等。對(duì)于所有鋼級(jí)接箍毛坯、管子的最小吸收能要求分別按該版標(biāo)準(zhǔn)7.5、7.6的表3、表4給出的計(jì)算公式計(jì)算。按公式計(jì)算出的不同組別、不同鋼級(jí)接箍毛坯和管子縱、橫向最小夏比吸收能要求值由附錄A(國(guó)際單位制表)、附錄C(美國(guó)慣用單位制表)給出，表A.9或表C.9、表A.10或表C.10和表A.11或表C.11分別給出了第1組(縱、橫向)及第2、3和4組(橫向)不同鋼級(jí)、不同臨界厚度接箍毛坯全尺寸試樣最小吸收能要求，表A.12或表C.12，表A.13或表C.13和表A.14或表C.14分別給出了第1組(縱、橫向)及第2、3和4組(橫向)不同鋼級(jí)、不同臨界厚度管子全尺寸試樣最小吸收能要求。

2015版標(biāo)準(zhǔn)最大的特點(diǎn)之一是針對(duì)同一組別中不同鋼級(jí)、不同臨界壁厚的接箍毛坯或管子提出了不同的最小吸收能要求，且隨著臨界壁厚的增大，最小吸收能要求值提高。這說(shuō)明新版標(biāo)準(zhǔn)對(duì)接箍毛坯及管子沖擊韌性的要求更加具有針對(duì)性，要求亦更加嚴(yán)格，反映出新版標(biāo)準(zhǔn)對(duì)管材沖擊韌性的重視。

2.3 壓扁試驗(yàn)要求

GB/T 23802-2009標(biāo)準(zhǔn)無(wú)壓扁試驗(yàn)要求。

GB/T 23802-2015標(biāo)準(zhǔn)明確規(guī)定：“對(duì)于第2、3和4組，受外徑或壁厚限制無(wú)法加工1/2或者更大尺寸的橫向沖擊試樣時(shí)，應(yīng)用壓扁試驗(yàn)替代沖擊試驗(yàn)。對(duì)于第3和第4組，根據(jù)購(gòu)方和制造商協(xié)議，當(dāng)能夠加工1/2或更大尺寸的橫向試樣時(shí)，除沖擊試驗(yàn)外，也可進(jìn)行壓扁試驗(yàn)?！蓖瑫r(shí)，對(duì)壓扁試驗(yàn)中的平面間距離、載荷降低量等提出了具體要求。

新版標(biāo)準(zhǔn)對(duì)第2、3和4組受外徑或壁厚限制無(wú)法加工1/2或者更大尺寸橫向沖擊試樣的接箍毛坯和管子，要求應(yīng)進(jìn)行壓扁試驗(yàn)，彌補(bǔ)了舊版標(biāo)準(zhǔn)的不足。

2.4 無(wú)損檢測(cè)

GB/T 23802-2009標(biāo)準(zhǔn)在8.7、10.8及11.8條款分別對(duì)無(wú)損檢測(cè)的要求及試驗(yàn)方法進(jìn)行了規(guī)定，僅涉及要求(非?；\統(tǒng)、不具體)、總則、產(chǎn)品、短接、管端盲區(qū)、加厚端、參考標(biāo)樣等。

GB/T 23802-2015標(biāo)準(zhǔn)將對(duì)無(wú)損檢測(cè)的要求及試驗(yàn)方法集中在“檢驗(yàn)與試驗(yàn)”的9.16條款中進(jìn)行規(guī)定，包括總則、無(wú)損檢測(cè)人員、產(chǎn)品、短接、管端盲區(qū)、加厚端、參考標(biāo)樣、無(wú)損檢測(cè)系統(tǒng)能力記錄、第1組所有產(chǎn)品、第2、3、4組產(chǎn)品的全管體無(wú)損檢測(cè)、要求進(jìn)一步評(píng)定的管子和接箍毛坯、噴標(biāo)處的評(píng)定(驗(yàn)證)、含缺陷管子的處置、含缺陷接箍毛坯的處置等方面，更加全面、系統(tǒng)，可操作性強(qiáng)。這一變化反映出新版標(biāo)準(zhǔn)對(duì)產(chǎn)品無(wú)損檢測(cè)的要求更加嚴(yán)格，以及對(duì)產(chǎn)品無(wú)損檢測(cè)的重視。

2.5 腐蝕性能

GB/T 23802-2009標(biāo)準(zhǔn)分別在8.4腐蝕性能中規(guī)定“用于質(zhì)量控制的腐蝕試驗(yàn)不是強(qiáng)制性的，通常不做要求。由購(gòu)方選擇，可以進(jìn)行質(zhì)量控制腐蝕試驗(yàn)”、10.5.3.5腐蝕試驗(yàn)試樣中規(guī)定了各種腐蝕試驗(yàn)試樣的取樣方法、11.5腐蝕試驗(yàn)中規(guī)定了腐蝕試驗(yàn)試驗(yàn)方法。

GB/T 23802-2015標(biāo)準(zhǔn)在7.8腐蝕性能中明確規(guī)定“以質(zhì)量控制為目的的腐蝕試驗(yàn)不是強(qiáng)制性的，在正常情況下不要求。由購(gòu)方選擇，用于質(zhì)量控制的腐蝕試驗(yàn)可在訂單中規(guī)定?！?，對(duì)腐蝕試驗(yàn)試樣的取樣方法和試驗(yàn)方法不再進(jìn)行規(guī)定。

2.6 純凈度

GB/T 23802-2009標(biāo)準(zhǔn)無(wú)純凈度要求。

GB/T 23802-2015標(biāo)準(zhǔn)增加了附錄E的“純凈度要求”，包括宏觀侵蝕質(zhì)量和微觀侵蝕質(zhì)量。該附錄在確定第2、3和4組套管和油管沖擊或壓扁試驗(yàn)的試驗(yàn)頻率時(shí)使用，即如果制造商對(duì)錠坯或連鑄坯端部切除有文件化程序規(guī)定，并可證明所有交貨材料的金屬純凈度保證符合附錄E的要求，則制造商可選擇在每個(gè)試驗(yàn)批中隨機(jī)抽取的兩根管子的兩端取樣進(jìn)行試驗(yàn)；否則，應(yīng)取分別與每個(gè)錠坯或連鑄坯的頭部和尾部對(duì)應(yīng)的兩根管子，并對(duì)每根管子的兩端取樣進(jìn)行試驗(yàn)。這一要求使標(biāo)準(zhǔn)更具科學(xué)性。

2.7 缺陷

GB/T 23802-2009標(biāo)準(zhǔn)僅在8.6.1.2～8.6.1.4條款中對(duì)管子中的缺陷及其處置進(jìn)行了規(guī)定。

GB/T 23802-2015標(biāo)準(zhǔn)刪除了GB/T 23802-2009標(biāo)準(zhǔn)8.6的外觀檢查，將有關(guān)內(nèi)容分別歸入7.10表面狀態(tài)、7.11缺陷、8.4管端及9.16.13含缺陷管子的處置中。在7.11條款中分別對(duì)管子和接箍毛坯的缺陷進(jìn)行了更為詳細(xì)、嚴(yán)格的規(guī)定，并且在9.16.13條款中明確了含缺陷管子的處理方法及應(yīng)采用的無(wú)損檢測(cè)方法。

2.8 檢驗(yàn)與試驗(yàn)

GB/T 23802-2015刪除了2009版標(biāo)準(zhǔn)第11章“試驗(yàn)方法”，將其有關(guān)內(nèi)容并入2015版標(biāo)準(zhǔn)的第9章“檢驗(yàn)與試驗(yàn)”，這使標(biāo)準(zhǔn)更具系統(tǒng)性、條理性，也便于標(biāo)準(zhǔn)使用者使用本標(biāo)準(zhǔn)。

以拉伸試驗(yàn)為例：新版標(biāo)準(zhǔn)9.5拉伸試驗(yàn)，包括了9.5.1試樣取向、9.5.2試驗(yàn)方法(包含了室溫和高溫拉伸試驗(yàn)方法)、9.5.3試驗(yàn)無(wú)效(給出了具體方法和要求)、9.5.4復(fù)驗(yàn)(給出了具體方法和要求)，而舊版標(biāo)準(zhǔn)中有關(guān)拉伸試驗(yàn)的上述內(nèi)容分別包含在10.5.3.1室溫拉伸試驗(yàn)試樣、10.5.3.2高溫拉伸試驗(yàn)試樣、10.9無(wú)效試驗(yàn)(給出了引用標(biāo)準(zhǔn))、10.10復(fù)驗(yàn)(給出了引用標(biāo)準(zhǔn))、11.2.1室溫下拉伸試驗(yàn)方法、11.2.2高溫下拉伸試驗(yàn)方法。其它各項(xiàng)檢驗(yàn)與試驗(yàn)也是如此。

2.9 其它

GB/T 23802-2015標(biāo)準(zhǔn)對(duì)規(guī)范性引用文件，術(shù)語(yǔ)、定義、符號(hào)和縮略語(yǔ)，標(biāo)記，文件等方面亦進(jìn)行了補(bǔ)充和修訂。

2015版標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范性引用文件中增加了較多的ASTM試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)，即引用標(biāo)準(zhǔn)中同時(shí)列出ISO和美標(biāo)ASTM標(biāo)準(zhǔn)，便于用戶選用；刪除了應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)的系列標(biāo)準(zhǔn)，用于質(zhì)量控制的腐蝕試驗(yàn)由購(gòu)方選擇可在訂單中規(guī)定；無(wú)損檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)的增減主要是由于ISO對(duì)無(wú)損檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了大幅度的整合及制修訂。

2015版標(biāo)準(zhǔn)在2009版的基礎(chǔ)上增加了8個(gè)術(shù)語(yǔ)和定義，刪除了1個(gè)，增加了8個(gè)符號(hào)，刪除了一個(gè)，增加了2個(gè)縮略語(yǔ)，刪除了4個(gè)；增加了制造日期、對(duì)PSL-2產(chǎn)品的標(biāo)記、 靜水壓試驗(yàn)壓力等標(biāo)記內(nèi)容，同時(shí)對(duì)生產(chǎn)日期的標(biāo)記方法進(jìn)行了規(guī)定；增加了對(duì)文件的要求，對(duì)電子版資料、記錄保存、試驗(yàn)結(jié)果的提供進(jìn)行了詳細(xì)的規(guī)定，便于追溯和管理。這一變化使標(biāo)準(zhǔn)更加完善，也彌補(bǔ)了舊版標(biāo)準(zhǔn)的不足。

3 結(jié)束語(yǔ)

“石油天然氣工業(yè) 套管、油管和接箍毛坯用耐蝕合金無(wú)縫管交貨技術(shù)條件”在國(guó)外制定較早，且已經(jīng)過(guò)多次修訂。在我國(guó)，2009年首次制定并發(fā)布了該標(biāo)準(zhǔn)，2015年為第一次修訂。該標(biāo)準(zhǔn)的制修訂縮短了我國(guó)在該領(lǐng)域同國(guó)際間的差距，體現(xiàn)了技術(shù)的進(jìn)步，適應(yīng)了耐蝕合金無(wú)縫油套管?chē)?guó)產(chǎn)化及應(yīng)用的趨勢(shì)和需求，可為我國(guó)該領(lǐng)域的科研、生產(chǎn)、檢驗(yàn)和標(biāo)準(zhǔn)化工作人員提供參考，有助于提高和完善我國(guó)耐蝕合金無(wú)縫管的標(biāo)準(zhǔn)，具體體現(xiàn)在：

1)新版標(biāo)準(zhǔn)對(duì)產(chǎn)品規(guī)范等級(jí)進(jìn)行了劃分，對(duì)產(chǎn)品的沖擊韌性、無(wú)損檢測(cè)、缺陷、標(biāo)記等提出了更加嚴(yán)格的要求，同時(shí)增加了壓扁試驗(yàn)、純凈度、文件等方面的要求。

2)此次修訂后的GB/T 23802標(biāo)準(zhǔn)更加完善、系統(tǒng)，更具條理性、邏輯性及可操作性。

3)該標(biāo)準(zhǔn)的采標(biāo)和修訂為我國(guó)耐蝕合金無(wú)縫管技術(shù)的發(fā)展提供了便利條件，可促進(jìn)我國(guó)耐蝕合金無(wú)縫管生產(chǎn)企業(yè)的設(shè)備更新和工藝革新，有助于提升我國(guó)的整體制造水平。