張始偉（勝利油田孚瑞特石油鋼管有限公司,山東東營２５７０８２）

摘要：ＥＲＷ套管和無縫套管相比,具有尺寸精度高、焊縫韌性好、抗擠壓性能好、質(zhì)量易于 控制以及成本低等優(yōu)勢。在發(fā)達(dá)國家,ＥＲＷ套管已取代了相當(dāng)一部分無縫套管,用量占套管 總用量的５０％以上。我國在這一領(lǐng)域起步較晚,但近幾年ＥＲＷ套管的使用比例已有所擴(kuò)大。 分析了國內(nèi)外ＥＲＷ套管的生產(chǎn)制造現(xiàn)狀和油井管的實(shí)際使用情況,可以看出,隨著鋼材冶煉 技術(shù)的發(fā)展,ＥＲＷ套管將會進(jìn)一步擴(kuò)大其在油井管中的比例。

關(guān)鍵詞：石油套管；ＥＲＷ套管；無縫套管

在石油鉆采用油井管領(lǐng)域中,高頻電阻焊套 管(簡稱ERW套管)與無縫套管相比,具有尺寸 精度高、焊縫韌性好、抗擠壓性能高、成本低等優(yōu) 勢,在國外得到了廣泛的應(yīng)用,取得了良好的效 益。我國在低鋼級ERW套管制造方面也取得了 巨大進(jìn)步,但最為廣泛應(yīng)用的N80鋼級ERW套 管的生產(chǎn)制造在國內(nèi)仍為空白。
1 ERW套管的特點(diǎn)
1. 1 ERW套管(與無縫套管相比)的技術(shù)優(yōu)勢 (1)尺寸精度高
ERW套管在成型后采用了機(jī)械定徑工藝,使 其尺寸(外徑、壁厚、圓度等)精度較元縫套管有 所提高,其外徑偏差一般不超過±0.5%。如日本 新日鐵公司生產(chǎn)的。244.5 mm ERW套管的壁厚 標(biāo)準(zhǔn)偏差<0.10 mm,而相應(yīng)的無縫套管的標(biāo)準(zhǔn) 偏差則為0.41 mm。
(2)焊縫韌性良好
ERW套管的制造工藝可以保證得到高強(qiáng)度、 高韌性的焊縫,焊縫的成分組織及基體材料中C, S和P含量較低,使套管的韌性較無縫套管高。
(3)抗擠壓及抗爆性能好
與同類API無縫套管相比,ERW套管抗擠壓 強(qiáng)度高30% -40%,抗爆性能(內(nèi)壓強(qiáng))高50% 左右。
(4)工藝先進(jìn),產(chǎn)品質(zhì)量控制好
ERW套管母材為控軋卷板,呈各向同性,可 100%進(jìn)行無損探傷。
(5)成本低
與同類無縫套管相比,ERW套管的成本低 5% -10%,生產(chǎn)效率高,機(jī)械化、自動化程度高, 生產(chǎn)能耗低;ERW套管成材率為939毛-98% ,而 無縫套管的成材率85%-90% ;ERW套管整個 項(xiàng)目投資也比無縫套管項(xiàng)目低40%。
標(biāo)準(zhǔn)要求的ERW鋼管與無縫鋼管幾何尺寸 比較見表1。
1. 2 ERW套管的技術(shù)特點(diǎn)
(1)原料選用控軋卷板,嚴(yán)格控制S和P含 量以及碳當(dāng)量,通常ω(S)小于0.015% ,碳當(dāng)量 小于0.25%。并利用Nb,V,Ti和Cu等元素以微合 金化改善鋼材韌性,提高其可焊性及耐腐蝕性。
(2)較厚的卷板經(jīng)過鏡邊處理,可以減小焊 接時毛刺引起的局部過熱和氧化。
(3)廣泛采用螺旋活套進(jìn)行連續(xù)生產(chǎn),不存 在由于卷對卷間歇生產(chǎn)引起的焊接停頓,導(dǎo)致重 新起焊時由于焊接電流、電壓不穩(wěn)定而產(chǎn)生產(chǎn)品 質(zhì)量缺陷。
(4)普遍采用先進(jìn)的液壓去除內(nèi)毛刺工藝, 套管的內(nèi)毛刺高度控制在1.14 mm內(nèi)。
(5 )焊接參數(shù)嚴(yán)格,包括對電源輸入功率、焊 接V形角、焊接速度、焊接溫度的控制。焊接溫度通過高頻焊機(jī)的速度-功率閉環(huán)控制,波動控 制在±5攝氏度以內(nèi)。
{6)重視焊后熱處理,通過焊后熱處理改善 焊縫區(qū)組織及內(nèi)應(yīng)力。
(7)采用高強(qiáng)度定徑機(jī)組,減徑量大,成品精 度好。
(8)對焊縫及鋼管整體進(jìn)行在線或離線無損 探傷,及時準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)缺陷,以便及時調(diào)整生產(chǎn)工 藝,保證產(chǎn)品質(zhì)量。
2 ERW套管的應(yīng)用
2.1國外ERW套管的應(yīng)用
美國是最早使用ERW套管的國家,也是用 量最大的國家。ERW套管應(yīng)用發(fā)展的歷程大體 可分為三個階段:
第一階段是ERW套管開始應(yīng)用及被市場認(rèn) 識階段。20世紀(jì)60年代,ERW套管開始進(jìn)人石 油專用管材領(lǐng)域,以其質(zhì)量、價格等優(yōu)勢而被認(rèn) 可,但當(dāng)時ERW套管還只局限于較低鋼級的H40 和J55套管,市場占有率也較低。
第二階段是ERW套管的大面積推廣使用階 段。20世紀(jì)80年代初,隨著N80級板材的試驗(yàn) 成功和人們對ERW套管認(rèn)識的提高,使ERW套 管的應(yīng)用以每年5% -10%的比例迅速增長。美 國權(quán)威管材統(tǒng)計(jì)機(jī)構(gòu)Preston公司對美國ERW油 井管與無縫油井管應(yīng)用的調(diào)查數(shù)據(jù)見表2。表2 中油井管總量統(tǒng)計(jì)中包括了油管、套管和鉆桿,鉆
桿不用焊管,應(yīng)扣除它所占7%的比例,這樣, ERW油、套管在美國的應(yīng)用所占比例均已超過 50%。日本新日鐵公司累計(jì)出口ERW油井管 120 X 104 t,使用最長年限已有12年,沒有用戶反 映任何產(chǎn)品質(zhì)量問題。法國、俄羅斯等國的ERW 油、套管應(yīng)用比例已達(dá)20% -30%。
第三階段是ERW套管向特殊用途套管和超 深井方面發(fā)展階段。近幾年,ERW套管深入到超 深井和特殊用途方面,如高含S和P等復(fù)雜介質(zhì) 油井的應(yīng)用。其中美國Iρng Star公司φ177.8 mm ERW套管己下井深78∞m,德國Hosi公司 φ244.5 mm ERW套管已下井深6∞Om,加拿大 Prudential公司的ERW套管和油管已在600 ?1 8∞m的氣井中廣泛使用。
2.2國內(nèi)ERW套管的應(yīng)用
20世紀(jì)80年代以前,我國油氣田中使用的套 管都是用無縫管加工的,80年代末才開始ERW套 管的引進(jìn)與試用。1985年原石油部從日本引進(jìn)了少量ERW套管進(jìn)行試驗(yàn),其中大部分為J55鋼級 的表層套管。1985年至1999年,我國進(jìn)口日本 ERW套管共計(jì)32 X 104 t,先后在大慶、勝利、遼河、 中原、長慶等油田進(jìn)行了應(yīng)用試驗(yàn),鋼級有J55和 N80,套管直徑為127 -508 mm(5 -20 in)。作者曾 對國內(nèi)所有ERW套管的用戶,就油井、下井深度, 施工單位,套管規(guī)格,螺紋類型,下井、固井時間及 使用情況等進(jìn)行了深入調(diào)查,并匯總分析。
在調(diào)查中發(fā)現(xiàn),所有的ERW套管,無論是表 層套管、油層套管、還是深井試驗(yàn),均使用良好,未 見失效報道。原石油工業(yè)部科學(xué)技術(shù)司曾于 1988年組織大慶油田、石油管材研究所、勝利油 田3家單位通過了對"ERW套管的開發(fā)研究及其 推廣應(yīng)用項(xiàng)目"的評審鑒定,鑒定意見為"全部 試驗(yàn)結(jié)果表明,ERW套管不但能達(dá)到表層套管和 技術(shù)套管的要求,而且能滿足油層套管的技術(shù)要 求。因此,本成果具有很高的使用價值和經(jīng)濟(jì)效 益。ERW套管生產(chǎn)成本低,價格比同類無縫套管 便宜。若全同每年使用1/3的ERW套管,可節(jié) 約外匯上千萬美元。"
在該報告中曾提及ERW套管不適合于在含 H2S及CO2氣體介質(zhì)的油井中使用。但近10年 來,隨著冶金工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展,現(xiàn)在生產(chǎn)的 ERW套管已可用于含H2S及CO2氣體介質(zhì)的油 氣井中。
中國石油天然氣集團(tuán)公司于1994年制定了 石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY IT 5989-1994 ~直縫焊 管國外訂貨技術(shù)條件》。受國際供貨渠道和我同 政策(從國外訂貨時要求國外廠商以低于無縫管 10%以上的價格供貨)等方面的影響,致使ERW 套管在國內(nèi)沒有大面積推廣,其應(yīng)用比例不足套 管總量的5% 0 2∞1年寶雞石油鋼管廠同日本 住友金屬株式會社合資,借鑒國外的先進(jìn)管理經(jīng) 驗(yàn),使ERW套管生產(chǎn)線的年產(chǎn)量突破7 X 104 t, ERW套管在國內(nèi)的使用量才得以增加,目前已達(dá) 到10%。近幾年同內(nèi)ERW套管的應(yīng)用情況見 表3,勝利油田ERW套管的應(yīng)用情況見表4。
國內(nèi)ERW套管的使用大部分僅限于J55鋼 級的表層套管,由于寶雞住金鋼管有限公司生產(chǎn) 線設(shè)備能力所限,不能生產(chǎn)占套管市場用量80% 的N80鋼級的ERW套管,致使ERW套管在國內(nèi) 還沒有大面積推廣應(yīng)用。
通過ERW套管在國內(nèi)近20年的推廣與應(yīng) 用,大面積推廣應(yīng)用的時機(jī)現(xiàn)已成熟。
3 ERW套管的市場分析
3.1 ERW套營的賣方市場
3. l. I國外ERW套管的生產(chǎn)現(xiàn)狀
國外ERW套管的生產(chǎn)同其使用一樣,也大 體分為三個階段:
第一階段是ERW套管開始生產(chǎn)與試驗(yàn)階段。
同際上最早生產(chǎn)ERW套管的國家是美國,早在20 世紀(jì)60年代初,隨著高頻感應(yīng)焊接技術(shù)、計(jì)算機(jī)向 動控制技術(shù)以及多探頭無損檢測等技術(shù)的進(jìn)步,使 得ERW套管的質(zhì)量得以保證,并以其質(zhì)量穩(wěn)定、價 格低廉等優(yōu)勢而被嘗試使用。但限于當(dāng)時鋼材的 冶煉加工水平,產(chǎn)品僅限于低鋼級的H40和J55等 套管,并且大部分只作為表層套管使用,僅限于在 淺井中使用,ERW套管的生產(chǎn)量不大。
第二階段是ERW套管大批量生產(chǎn)制造階 段。隨著超純凈冶煉技術(shù)、控制軋制技術(shù)的提高,
80級板材的試驗(yàn)成功,使ERW套管用量迅速增 加。日本、德罔等開始大量建設(shè)ERW套管生產(chǎn) 線,20世紀(jì)80年代初,全世界約有17個國家的 42家公司(T廠)生產(chǎn)ERW油套管,其巾:美同 16家,日本4家,意大利、加拿大和墨西哥各有3 家,德國2家。1996年全世界共生產(chǎn)ERW油套 管約70 X 104 t,占當(dāng)年油套管總產(chǎn)量的22% ,美 國用ERW鋼管生產(chǎn)的油套管占其總量的40%以 上,日本有關(guān)方面則認(rèn)為,76.8%的油套管可用 ERW鋼管來生產(chǎn)。在這一階段已成熟的ERW套 管的鋼級有H40 , J55 , N80和L80等。
第三階段是ERW套管向特殊用途套管發(fā)展 階段。ERW套管憑借其性能良好、精度高、成本 低等優(yōu)勢,逐步向特殊用途套管發(fā)展,如高抗擠壓 套管、高強(qiáng)度套管、高抗H2S套管等。除已成熟 的API鋼級外,也有一系列非API鋼級,如日本住 友金屬的SM - E系列、新日鐵的NT - E系列及 美罔Long Star的LS系列。其中SM -E系列包 括普通和深井用的GE組、高抗擠壓套管TE組、 含S井用的SE組、高抗擠壓和含S井用的TSE 組、低溫井用的LE組等。
目前國外ERW套管制造水平較高的廠商有 美國Long Star、日本新日鐵名古屋制鐵所、住友金 屬和歌山制鐵所等。其中Long Star水平最高,能 生產(chǎn)Q125,LS125和LS140鋼級ERW套管(全管 體調(diào)質(zhì)熱處理) ,新日鐵和住友金屬的ERW油井 管最高鋼級分別為NT95HE和SM95ESE。
3.1.2國內(nèi)ERW套管的生產(chǎn)狀況
我國直縫焊套管的生產(chǎn)開始于20世紀(jì)90年 代初,中國石油天然氣集團(tuán)公司下屬的寶雞石油 鋼管廠引進(jìn)美國PMC先進(jìn)生產(chǎn)工藝和設(shè)備,建成 了罔內(nèi)首條年產(chǎn)能10 X 104 t的J55鋼級表層套 管生產(chǎn)線。2001年該廠同日本住友金屬株式會 社合資,成立了寶雞住金鋼管有限公司,引進(jìn)日方 先進(jìn)的管理經(jīng)驗(yàn),使年產(chǎn)量首次突破7 X 104 t,產(chǎn) 品質(zhì)量也有了新的提高,得到同內(nèi)各油田用戶的 廣泛認(rèn)可,取得了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。
目前,國內(nèi)能夠批量生產(chǎn)J55鋼級表層套管 的只有寶雞住金鋼管有限公司一家。但對市場需 求量最大的N80鋼級套管,國內(nèi)還沒有能力生 產(chǎn),制約了ERW套管在國內(nèi)的大面積推廣應(yīng)用。 3.2 ERW套管的買方市場
3.2.1國內(nèi)ERW套管的市場需求
近年來,我國石油年產(chǎn)量在1. 6 X 108 t左右, 天然氣產(chǎn)量也迅速增加,2001年產(chǎn)量已達(dá)294 x 108 m3。我國每年鉆井5000-6000口,進(jìn)尺 (2000 -2500) x 104 m。隨著油氣井深度進(jìn)一步 的加深,每米進(jìn)尺消耗油井管的平均指標(biāo)已從 50 kg/m增加到54 kg/m,因此國內(nèi)油井管的消耗 是逐年增加的,詳見表5。
目前全國每年對套管的需求量約80 X 104 t, 其中表層套管的需求量(11 - 13) X 104 t。發(fā)達(dá) 國家ERW套管用量占套管總用量的比例已超過
50% ,國內(nèi)按照同樣比例測算,ERW套管的年需 求量將逐步達(dá)到40 X 104 t左右。國內(nèi)ERW套管 的潛在市場是相當(dāng)可觀的。
3.2.2勝利油田套管需求現(xiàn)狀
1997 - 2∞3年,勝利油田套管需求量、完井 數(shù)量及總進(jìn)尺見表6每年完井約1 000 - 1 500 口,平均進(jìn)尺2200 m/口左右。
2003年勝利油田套管主要供應(yīng)渠道為:無縫 套管是本油田動力機(jī)械廠5 X 104 t、天津鋼管和 上海寶鋼5 X 104 t;寶雞住金鋼管的ERW表層套 管1 X 104 t,進(jìn)口套管2 X 104 t。
目前勝利油田使用的套管除表層套管采用了 部分ERW套管(每年1萬多t)外,其余均采用元 縫套管。在套管消耗量中,從規(guī)格來看,φ139. 75 mm(5.5 in)和φ177.8 mm(7 in)的油層套管所占 比例最大;從鋼級來看,J55和N80數(shù)量最多,其 次為PlIO等。預(yù)計(jì),勝利油田對N80鋼級ERW 套管的年需求量將逐步達(dá)到6 X 104 t以上。
4結(jié)語
ERW套管和無縫套管相比,具有尺寸精度 高、焊縫韌性好、抗擠壓性能好、質(zhì)量易于控制以 及成本低等優(yōu)勢。在美國等發(fā)達(dá)國家,ERW套管以成功取代了相當(dāng)一部分無縫鋼管,用量占套管總用用量的50%以上。我國在這一領(lǐng)域的起步較晚,但近幾年來,隨著鋼材冶煉技術(shù)發(fā)展,ERW套管使用量以有所擴(kuò)大。對現(xiàn)有數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)和分析結(jié)果表明,今后,ERW套管在油井管中所占比例將會進(jìn)一步擴(kuò)大。

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