国内外石油管材发展趋势及质量现状浅析

张 蕾，何小东，陈宏达

中国石油集团石油管工程技术研究院（陕西西安710077）

国内外石油管材发展趋势及质量现状浅析

张 蕾，何小东，陈宏达

中国石油集团石油管工程技术研究院（陕西西安710077）

简述了油气输送管线钢管及油井管的发展趋势。以油气输送钢管为例，比较了国内外管材的质量差距。分析表明，尽管国内石油用钢管生产厂的装备水平及自动化程度很高，但在企业产品质量管理理念和实际控制水平方面，依然落后于发达国家。最后，进一步分析了影响管材质量的主要问题，并提出了加强失效分析、加强石油专用管标准化工作等管材质量改进的建议。

石油管材；质量；质量控制；标准

随着全球化经济的飞速发展，人们对石油天然气能源需求日益增加，“三超”油气、页岩气、稠油和海洋油气等非常规油气田的开发需要具有特殊性能的高质量管材。为了解决日趋突出的油水系统腐蚀、结垢的问题，玻璃纤维管线管、柔性复合管（高、低压）、塑料合金防腐蚀复合管以及钢骨架复合管等多种非金属管道在油田相继得到了广泛应用。而作为石油和天然气的一种经济、安全、不间断的长距离输送工具，油气输送管道近年来取得了巨大的发展[1]。到目前为止，全球油气输送长距离输送管道的总长度已超过2.3×106km，且平均以每年2.5×104km的速度增加。油气输送管道特别是天然气管道正在向“大口径、高压输送、高钢级管材”趋势发展，因为高钢级管材的开发和应用可减小钢管的壁厚和重量，减少焊接时间，降低管道成本和建设成本[2]。因此，石油管材的质量对油气开发和运输具有重要意义。

1 国内外石油管材发展趋势

1.1 油气输送管道用钢管发展趋势

自1996年陕京管线使用直径Φ660mm，最高钢级X60，最大工作压力6.4MPa的钢管到2008年西气东输二线采用直径为Φ1 219mm，钢级X80，输气压力12MPa的钢管，标志着我国天然气管道工业发展到了一个新水平。与国外装备相比，我国油气输送管道用钢管生产装备和自动化程度有了很大提高，已达到甚至超过了国外制造商的水平，其生产效率也有较大提高。在无损检测技术上，对于埋弧焊管采用X射线工业电视+超声波探伤技术；对于HFW焊管和无缝钢管主要采用超声波探伤或涡流探伤。

国外生产油气管道用钢管的厂商主要为欧洲钢管公司、韩国浦项制铁公司，以及日本住友金属、日本新日铁、日本JFE等几大钢铁企业[3]。国外公司生产的油气输送钢管产品主要为UOE直缝埋弧焊接钢管、HFW钢管，其中UOE直缝埋弧焊接钢管最高钢级已达到X120。国外生产商可以根据不同的技术条件要求，制造不同夏比冲击吸收能量的钢管，以满足使用要求。一般的X70钢级钢管管体的平均夏比冲击吸收能量在-20℃时可以达到220J以上，焊缝和热影响区的夏比冲击吸收能量在-20℃时可以达到60J以上，完全满足油气输送管道用钢管延性断裂控制的需求。

为了满足长距离管线输送能力的经济性要求和应对极地、海上和酸性等恶劣环境的安全性要求，目前国内外油气输送钢管的发展趋势是开发大直径高强度管线钢管、低温环境用高韧性管线钢管、大位移地区用大变形管线钢管、腐蚀环境用管线钢管、海洋服役环境用厚壁管线钢管。

1.2 油井管产品发展趋势

近年来，我国主要油井管生产企业的产品在全面覆盖API Spec 5DP-2009《钻杆规范》和API Spec 5CT-2011《套管和油管规范》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，如150钢级钻杆、超级13Cr和双相不锈钢及耐蚀合金油套管、耐CO2腐蚀的油套管、抗H2S应力腐蚀的油套管和高抗挤套管。国内油井管的生产商在无损检测技术上采用自动超声波探伤系统或涡流探伤系统。

国外油井管主要的生产厂是日本住友金属、日本JFE公司，欧洲的V&M和Grant公司[4]。这些公司生产的油井管主要品种为非API类型的无缝钢管产品，其产品钢级最高达到了1.14MPa（165psi），主要用于深井和超深井，或寒冷地区石油天然气开采，在具有高强度的同时，仍保持较高的冲击韧性或低温冲击韧性。有的还要求具有抗CO2腐蚀、抗H2S腐蚀或H2S应力腐蚀。

油井管服役条件恶劣，对钢的质量要求很严格，必须按专门标准或技术条件生产和检验。国外大都采用美国石油学会API标准，例如钻杆采用API Spec 5DP-2009《钻杆规范》，套管油管采用API Spec 5CT-2011《套管和油管规范》[5]。国内外非API油套管已经形成深井超深井用油套管，高抗挤及超高抗挤油套管，抗H2S应力腐蚀油套管10多个产品系列；近20年来，随着我国钢铁企业的发展，油井管产品质量也不断提高，一般服役条件下，国内油井管的质量即可保证使用要求，国产化自给率逐年提升，如图1所示。天津钢管的TP系列油套管最高年产量已超过40万t，占全年油套管总产量的32%。宝钢BG系列占27%。国产非API油井管产品总体上已达到或接近国外同类产品的先进水平。

图1 我国油井管自给率变化趋势

与国外产品尚有差距的主要是超级13Cr、双相不锈钢及耐蚀合金油套管，我国当前使用的高端不锈钢与镍基合金油管尚需部分从国外进口。

1.3 非金属管材发展趋势

石油天然气开采业需要大量管材，由于非金属管材优良的耐腐蚀性和较低的水力摩阻，非金属管材已经成为油气田开发中的重要组成部分，广泛应用于油气集输、供水及注水等系统。例如优良的耐腐蚀性能，使非金属管材成为油田内部集输管网解决腐蚀问题的重要手段。非金属管材的使用对减少腐蚀泄露、节省投资等发挥了重要的作用。目前，中石油各油田应用非金属管地面管线的长度已超过2.5×104km，约占油田内部集输管道的10%。据不完全统计，中石油每年新增的非金属管道达到5 000km。随着非金属管道产业的发展和技术的进步，它们在石油天然气行业的应用前景越来越广阔，预计年增长率将超过15%以上。

国内外油气田常用的非金属管可以分为塑料管、增强热固性塑料管（玻璃钢管）、金属增强塑料复合管、有机纤维增强塑料复合管、非金属内衬复合管5种类型。其中玻璃钢管道用量最大，占总量的61.5%，增强热塑性塑料复合管占20%、钢骨架聚乙烯复合管占10%左右。非金属管应用领域主要包括注入管道（水、醇）、集/输油管道、集/输气管道和供水管道。其中注入管道应用数量最大，约占总数的45%，集油管道约占35%，供水管道约为15%，输油管道和集/输气管道用量共占5%左右。

2 国内外石油管材质量对比及建议

2.1 国内外石油管材质量对比

以油气输送钢管为例，国内油气输送管道用钢管经过多年的发展，其生产装备和技术水平得到了很大程度的提高。产品质量控制手段上通过不断学习国外先进技术，质量体系得到了不断完善。产品质量的无损探伤、理化性能实验等检测技术方面也得到了充分应用，促进了中国油气输送管道质量迅速提升[6]。但是，单从质量控制水平和稳定性方面来讲，国内油气输送钢管生产企业与发达国家的产品质量的控制水平还有一定差距，从图2中国内外X80屈服强度的统计分布即可看出。因此，国内石油管材生产企业需要在产品质量管理理念和实际控制水平方面进一步加强。

2.2 影响油气输送钢管质量的主要原因及改进建议

通过对202起油气输送用钢管质量问题进行统计，总结出了产品制造过程中存在的质量问题。从图3可以看出，油气输送钢管产品的质量不合格原因主要是成品的外观质量、理化性能、原材料质量和焊接质量（包括补焊）所致，这些质量问题尤为突出，占所有问题的70%以上。

图2 国内外X80直缝埋弧焊管屈服强度分布比较

图3 国内油气输送钢管质量问题分布统计

油气井用油管、套管的失效分析也表明，引起油管失效主要原因如下：①材料的成分和工艺控制不当，导致理化性能不合格；②标准未及时更新和加工的不稳定引起的几何尺寸不合格；③未搞清材料、镀层及螺纹参数等各因素之间的关系，难以解决粘扣问题；④设计上的缺陷是导致高钢级、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、密封和腐蚀性能次之。

非金属管材在油气田使用过程中，也还存在许多质量问题，并因此引发了许多失效事故。在一定程度上影响了非金属管材在石油行业的推广和应用。通过大量的分析，非金属压力管道在油气田发生失效事故的原因主要有3个方面：①结构和选材设计不当；②生产工艺水平参差不齐；③检测标准和试验条件不完备。

因此，对于油气输送钢管和油井管产品，虽然国内企业的装备已与国外先进水平相当，但是在提供产品质量的稳定性方面还有很大的提升空间。管材制造企业和钢板/板卷的生产企业应着力加强产品质量控制能力，尤其是员工素质和能力的提升以及质量意识的加强。在行业管理上，建议在这几个方面着力开展工作：①加强失效分析；②加强石油专用管标准化工作；③加强制造许可的实施力度，完善准入检验制度；④要进一步加大抽检范围、抽检比例和抽检量，做到种类、厂家全覆盖，对于非API标准套管，抽检比例要高于API标准的套管；⑤优化油井管供货分配方案。

3 结语

我国石油工业用管材生产装备水平及自动化程度已接近或超过国外的水平，国产化自给率已高达98%，但在产品的总体实物质量稳定性方面还有较大的提升空间，制造企业应加强质量管理和提高产品质量控制水平。

[1]冯耀荣.当前国际油气管道工业的发展动向[J].油气储运，2001,20(7)：1-4.

[2]黄开文.国外高钢级管线钢的研究与使用情况[J].焊管, 2003,26(3):1-10.

[3]霍春勇,马秋荣,冯耀荣,等.高压天然气管线与高钢级管线钢[G]//中国石油天然气集团公司管材研究所.石油管工程应用基础研究论文集.北京:石油工业出版社,2001:53-66.

[4]李鹤林,冯耀荣,霍春勇,等.低碳超低碳微合金化管线钢的显微组织[G]//中国石油天然气集团公司管材研究所.石油管工程应用基础研究论文集.北京:石油工业出版社,2001: 77-95.

[5]吉玲康,冯耀荣,李鹤林.螺旋缝埋弧焊管与直缝埋弧焊管的对比评价[G]//中国石油天然气集团公司管材研究所.石油管工程应用基础研究论文集.北京:石油工业出版社, 2001:107-127.

[6]冯耀荣,霍春勇,李鹤林.天然气输送管线钢管性能要求与质量控制及管材选用探讨[G]//中国石油天然气集团公司管材研究所.石油管工程应用基础研究论文集.北京:石油工业出版社，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

贾强

2016-03-08

张蕾（1982-），女，工程师，主要从事质量体系管理，石油管材质量监督、制造许可评审等工作。