钢管是石油工业的基础
●石油工业是大量消耗方管的工业
石油勘探开发的钻井作业需要钻杆,固井需要套管,采油需要油管。根据统计数据,每钻进一米,约需油井管62kg,其中套管48kg,油管10kg,钻杆3kg,钻铤0.5kg。近年来,我国每年消耗油井管200多万吨。
管道输送是石油天然气最经济合理的运输方式。随着管道建设迅猛发展,油气输送钢管的需求量大幅度增加。油气输送钢管的需求量几年之前还不足油井管的二分之一,现已超过油井管,2009年达到320万吨(不包括城市燃气管网)。
2009年,我国方管表观消费量为4773.67万吨。其中,石油工业用方管的消费量为:油井管283万吨,油气输送干线和支线用管320万吨,支线和城市管网用管约150万吨,油田内部集输管线用管约100万吨,炼化工业管道用管约100万吨,合计950万吨,占钢管总消耗量的20%。石油行业是仅次于建筑行业的方管消费大户。
●石油专用方管的质量、品种、性能对石油工业的发展关系重大
石油装备工况条件恶劣。例如,油管柱和套管柱通常要承受几百甚至上千个大气压的内压或外压,几百吨的拉伸载荷,还有高温和严酷的腐蚀介质的作用。我国每年发生的钻柱断裂掉井事故即达1000起左右。据国际钻井承包商协会(IADC)统计,每起钻柱断裂事故平均直接损失为10.6万美元。
钻柱或套管柱损坏有时会导致油井报废。我国西部油田一口油井的成本约为几千万元甚至上亿元。套管的寿命直接决定油井的寿命,油井的寿命又决定了油田寿命。油气输送管的事故多是灾难性的。石油管的安全可靠性、使用寿命和经济性对石油工业关系极其重大。
●石油工业对石油专用方管质量和性能的严格要求,推动了钢铁工业的发展
为满足石油装备和管材严酷的服役条件,石油专用方管对钢的化学成分、力学性能、冶金质量有严格的要求。钢铁工业支持了石油工业的发展,是石油工业的基础。同样,石油天然气工业的发展也推进了钢铁工业的技术进步。例如,油气输送方管和管线钢,其主要发展动力是油气管道工程对其提出的日益严格的质量要求。管线钢已成为低合金高强度钢领域最富活力的重要分支。就世界范围而言,生产石油钢管的企业都是技术最先进、最负盛誉的钢铁企业。
我国石油方管的生产现状
●油井管
我国生产油井管有近60年的历史。鞍钢是我国最早的油井管生产企业。上世纪80年代以来,油井管的生产部门和使用部门协同攻关,特别是宝钢、天津方管公司投产后,产量逐年大幅度提高。
国外油井管生产厂商除按照API Spec 5CT和5DP生产、供应外,为满足用户的特殊需求,还开发了高性能非API钢级钻杆和油套管。近年来,我国主要油井管生产厂产品在全面覆盖API 5DP和5CT的基础上,也开发了系列的非API钢级和特殊螺纹接头油井管。
油井管除采用无缝方管外,还采用高频电阻焊管(HFW)。HFW焊管的原料钢板(板卷)由低碳微合金化钢经TMCP轧制而成,具有良好的强韧性。HFW焊管尺寸精度高,价格比较低。近年来,HFW油井管的使用量已占油井管总量的40%左右。
●油气输送管
目前,全世界石油、天然气管线的总长度已超过260×104km,并以每年2×104km~3×104km的速度增加。我国从1958年开始建设长距离原油输送管线(新疆),1963年开始建设长距离天然气输送管线(四川)。
我国已建成的石油天然气长距离输送管线所使用的螺旋,主要是由原中国石油天然气总公司的6个焊管厂(宝鸡石油钢管厂、华北石油钢管厂、沙市石油钢管厂、辽阳石油钢管厂、资阳石油钢管厂、胜利石油钢管厂)生产的,螺旋缝焊管全面实现了国产化。X80螺旋缝埋弧焊管钢级也已经开发成功。
2000年以来,为了迎战西气东输工程,宝鸡、华北等6个石油焊管厂对螺旋缝埋弧焊管(SSAW)生产线进行了大规模技术改造,改进了成型、焊接工艺,加强了在线检验,增加了管端扩径工序,SSAW质量进一步提高。大量检验数据表明,国产SSAW焊管与进口UOE焊管的管体、焊缝、热影响区力学性能(包括CVN和DWTT)处于同一水平;而全尺寸爆破试验的爆破应力,国产SSAW略高于进口UOE焊管。
石油工业对高性能钢管的需求
●积极发展高端油井管,全面取代进口
2000年以来,国内油井管进口量一直保持在10%~15%。2007年,中石油、中石化、中海油、延长油矿四大石油公司消耗的230万吨油井管中,进口24.06万吨,约占10%;2008年消耗的283万吨油井管中,进口21.6万吨,约占7.6%;2009年进口量12.94万吨,约占4.5%。
进口油井管多属高端产品。油井管的高端产品一般指非API钢级与特殊螺纹接头油井管。我国的非API油井管产品总体上已经达到或接近国外同类产品的技术水平。与国外产品有明显差距的仅有超级13Cr、双相不锈钢和耐蚀合金油套管以及抗硫钻杆、特殊螺纹接头油井管。
未来我国在高性能石油钢管方面拟深入研究的课题如下:全面达到IRP标准的SS-105抗硫钻杆,SS-120和更高强度抗硫钻杆,高强度低温钻杆,非钢质钻杆(铝合金钻杆、钛合金钻杆、碳纤维复合材料钻杆),满足“先漏后破”准则的150和165钢级超高强度钻杆,V155和更高钢级高韧性套管,125SS(120SS)和更高钢级抗硫套管,超级高抗挤套管(HFW),22Cr、25Cr和Ni基、FeNi基油套管,膨胀套管(HFW),连续管(HFW),高性能特殊螺纹接头。
●开发适应恶劣环境的高性能油气输送管
我国取得API Spec 5L会标使用权的企业共有135家,年生产能力700万吨,堪称油气输送管生产大国。当前,油气管道业面临的挑战是:在高寒、深海、沙漠、地震和地质灾害等恶劣环境下建设长距离、高压、大流量输气管道。
未来我国高性能管线钢的开发重点如下:X80和X80以上钢级高强度管线钢,低温状态使用的高强度管线钢,有合适断裂控制性能的管线钢,抗HIC和SSCC管线钢,抗H2S、CO2腐蚀管线钢和双金属复合管,抗大变形管线钢,连续柔性管,抗应变时效管。 |