石油管工程应用挑战与产品质量控制.ppt

石油专用管工程应用挑战与产品质量控制,国家石油管材质量检验中心2005.8.12,中国石油2005年电子商务博览会论坛发言,汇报内容,一、石油管在石油工业中的重要作用二、石油专用管的技术发展现状三、石油管工程应用面临的挑战四、国外石油专用管采购过程中的质量控制五、加强电子商务采购中石油专用管质量控制的几点建议,一、石油管在石油工业中的重要作用,石油管主要包括石油专用管（油井管）和输送管两大类。油井管主要包括套管、油管、钻杆、钻铤、方钻杆及其构件（钻杆接头、转换接头和短节等）。输送管钢管主要包括无缝钢管和焊接钢管，焊接钢管按焊接方式分：直缝埋弧焊钢管（UOE、JCOE、RBE）、螺旋缝埋弧焊管（SSAW)、直缝电阻焊钢管（ERW）。石油管贯穿石油钻井、完井、采油（气）和储运工程的各个环节。,1、石油管的种类,石油管是石油工业用量最大、花费最多的石油物资石油工业是大量消耗钢管的工业(李先念、余秋里语)。石油管的质量、性能对石油工业的发展关系重大油、气井的安全可靠性和使用寿命密切相关。石油管对石油工业采用先进工艺和增产增效起着重要的作用过去无法开采的油气田可以开采，过去无法采用的钻采技术可以采用。,2、石油管的的重要作用,二、石油专用管的技术发展现状,石油专用管材生产本身就是一个涉及多专业、多环节、多领域的系统工程，如炼钢、轧管、机加工、热处理、无损检测、精密测量等；任何一个领域的技术水平都将影响石油专用管材整体的质量和性能，石油专用管材的质量是所有这些技术领域综合实力的反映；近年来，随着科学技术的进步，不论国外，还是国内石油专用管材生产制造技术有了长足的进步。,1、石油专用管的制造水平有了显著的进步,采用先进的转炉复合冶炼、超高功率电炉冶炼及炉外精炼技术，保证石油专用管材用钢成分均匀度和纯净度；推广弧形连铸圆管坯的工艺装备和技术，采用连铸圆管坯直接生产石油专用管材，提高成材率；采用先进的MPM、Accu-Roll等长芯棒连轧管机组，保证石油专用管材优良的表面质量和高的尺寸精度；采用多层次完善的在线和线外检测系统，大大降低了石油专用管材的缺陷；采用先进的管加工装备和工艺，保证螺纹加工精度，确保石油专用管材的连接强度和密封性等。,由于石油专用管在石油勘探开发中的重要地位，长期以来,工业发达国家都将石油专用管作为一种主要的钢管品种予以发展，在资金和人员方面都投入较大，尤其是对新技术的研发能力一直保持较高的水平，也使得国外制造技术一直保持较高水平；国际上每年的石油专用管用量大约是700多万吨，其中本国贸易量大概是300万吨，国际贸易量大约是400万吨；我国过去主要从日本、阿根廷、德国、墨西哥、意大利、美国等国进口，近年来奥地利、罗马尼亚、西班牙、印度、俄罗斯等也正在成为我国的进口国。,2、国外石油专用管的制造技术一直保持较高水平,为满足石油工业的的需要，制造企业纷纷开发满足勘探开发需求的特殊非API专用管材，这些非API石油专用管材主要包括特殊钢级、特殊螺纹和特种功能管材；特殊钢级主要是耐腐蚀（硫化氢、二氧化碳）钢种较多，此外高抗挤、高强度、抗低温等品种也占相当比例；特殊螺纹接头主要是金属对金属气密封特殊螺纹油、套管比例较大，品种有上百种，高抗弯、抗扭矩、快速上扣接头由于其具有特殊的性能，在油田也有一定的市场。而且各个生产厂基本已形成系列化，使用量也逐年递增，在一些国家已经占到石油专用管材市场的一半以上。,3、管材的发展更加注重满足石油勘探开发的需要,开发代表新技术成果的非API油井管，主要包括特殊螺纹和特殊钢种油井管,耐（硫化氢、抗二氧化碳）腐蚀钢种,高抗挤、高强度、低温高韧性钢种,金属对金属气密封特殊螺纹油、套管,高抗弯、抗扭矩、快速上扣接头,连续油管技术,套管钻井用管柱优化技术,膨胀套管技术,二是通过技术创新，赋予油井管新的功能，一些具有特殊功能的油井管在勘探开发中获得成功应用,近年来，随着钢管焊接技术的进步，ERW套管近年来也取得很大进步，由于其尺寸精度高、定尺易保证、表面缺陷少、具有较高的抗挤性能以及价格便宜等特点，近年来普及很快。一些具有特殊功能的石油专用管材在勘探开发中获得成功应用，如连续油管、套管钻井、膨胀套管也具有良好的应用前景，也是石油专用管材发展的新突破。品种的增加对于使用的选择提供了很大的便利，但对于采购工作却增加了难度，必须熟悉这些产品的制造标准和性能特点才有可能有效控制其质量。,国外几大钢管公司生产的特殊钢级石油专用管材,国外几大钢管公司（重组前）特殊螺纹系列,国外一些生产企业为了占领石油专用管生产的制高点，从而达到垄断市场的目的，打破了国家与国家的界限，通过资金、技术的合并，实现强强联合；初步形成几个大的集团公司；我国多家石油管企业也开始进行国际合作；,4、生产企业走国际化发展之路，纷纷联合兼并形成跨国集团公司,目前石油专用管生产企业形成几大跨国集团公司，比较典型的如：,Tenaris集团年产油井管120多万吨,V2004年全国石油专用管（成品）实际产量约172万吨，出口35万吨,进口将近29万吨,油田实际消耗约150多万吨，2005年预计实际产量突破200万吨，油田实际需求预计170万吨；中国生产能力提升，不但自给率达到85%以上，而且出口40多个国家和地区，中国对外供应能力增强，国际市场在中国的采购量逐年增长；但主要问题是石油管品种不合理，高端产品少，质量稳定性还须提高；,5、国内石油专用管技术发展迅速,目前我国油、套管的主要制造企业有天津钢管公司、上海宝山钢铁集团公司、无锡西姆莱斯石油专用管有限公司、成都无缝钢管厂、江苏诚德钢管公司、宝鸡住金钢管有限公司（ERW）、衡阳华菱钢管有限公司、包头无缝钢管厂、鞍钢无缝钢管厂等多家，目前总的生产能力已经达到每年250万吨以上。天津钢管公司、宝山钢管有限公司、无锡西姆莱斯石油专用管有限公司3家的产品数量已经占中国销售市场的80以上。,油、套管,各生产企业均获得美国石油学会API会标使用权、ISO9002质量体系认证以及ISO14000环境管理体系认证，产品质量稳步提高；产品类型不仅覆盖了H40，J55，K55，M65，N80，L80，C90，T95，C95，P110，Q125等常用API钢级，而且还开发出高钢级、高抗挤毁、抗H2S腐蚀等多种非API标准的油、套管，并形成了自己的产品系列。从扣型方面也覆盖了圆螺纹、偏梯形螺纹、直连型螺纹等API扣型，另外还开发了各自的半特殊扣及特殊扣系列。为不同的使用需求，提供了多样性的选择。,我国具有代表性的钻杆的生产企业主要有上海宝钢、中美合资江苏曙光格兰特钻杆有限公司、渤海能克钻杆有限公司等。每年的生产能力56800万吨。生产和销售API标准的E75、X95、G105、S135钢级钻杆产品。上海宝钢1978年建厂，目前年生产钻杆能力为2万吨，其产品可覆盖API标准的2-3/8”到5-1/2”所有钢级，而且已经开发高抗扭钻杆BGDS以及高强度钻杆V150等非API标准钻杆。江苏曙光格兰特钻杆有限公司各种规格(2-7/8”、3-1/2”、5”)石油钻杆采用美国设备和技术生产，年生产能力近2万吨。渤海能克钻杆有限公司使用日本NKK的钻杆生产设备，可以生产外径从23/8”到51/2”的系列石油钻杆以及具有高抗扭性能的双台肩接头钻杆和用于含硫油井的特殊钢级的BNKC95S钻杆，年设计能力1.68万吨。,钻杆,钻铤等其它钻具产品,我国钻铤的生产企业主要有山西风雷机械制造有限责任公司和山西机床厂；山西风雷机械制造有限责任公司已从事石油钻具产品的制造有二十多年的历史。产品不仅在国内的陆地和海上油田进行作业，而且已出口到叙利亚、伊朗、印度、加拿大、突尼斯、土库曼斯坦、哈萨克斯坦、巴基斯坦、苏丹、卡塔尔、印度尼西亚、美国、墨西哥、委内瑞拉和伊拉克等十多个国家和地区。主要产品：钻铤、螺旋钻铤、无磁钻铤、整体加重钻杆、螺旋加重钻杆、无磁加重钻杆、方钻杆等。产品符合APISPEC7、APISPEC5D等标准。,三、石油管工程应用面临的挑战,1、钻采技术发展迅速,深井、超深井、高温高压井钻完井技术；水平井、大位移井、分支井钻完井技术；欠平衡钻完井技术；小井眼钻完井技术；套管钻井技术；膨胀管技术；稠油热采技术；高陡构造、逆掩推覆体防斜打快技术；连续油管采油（气）技术；智能钻完井技术；,2、钻探条件更加恶劣,井深：4000-6000m，有的超过7000m；高温高压：100MPa以上的气体的压力，井底温度达到150C；井下情况复杂：部分地区井下有多套高低压地层(包括高压气层)，多套高压盐水层，盐岩层以及存在高陡构造等情况；新区块大多含有较为严重的腐蚀介质，如H2S、CO2；如塔里木轮南油田CO2含量0.62.5%，分压0.73.5MPa，塔里木克拉2气田井口压力达到100MPa以上，气体中含有0.72%的CO2；最严重的是罗家寨气田，天然气中H2S含量为10.49%，CO2含量为10.41%，具有高压、高含H2S、高含CO2，以及高含Cl、地层水等恶劣的腐蚀介质环境。,3、对石油专用管性能和质量提出更高的要求,深井、超深井、高温高压井钻完井技术中需要高强度、高韧性和气密封压力达到120MPa的套管；罗家寨气田的丛式井、水平井，要求钻柱、套管柱具有较高的强度、韧性及耐磨性能，高含量的H2S、CO2酸性气体要求钻柱、套管柱、油管柱、井口装置及集输管线具有较高的抗腐蚀性能；深井钻柱要满足高抗疲劳、腐蚀疲劳、腐蚀、冲蚀及应力腐蚀；这些问题不但对石油专用管材本身的质量和性能提出了更高的要求，而且对石油专用管材的设计、生产、使用、服务、现场施工以及管理提出了新的挑战。,4、质量控制方面也出现了系统性问题,市场准入问题：在计划经济条件下，石油专用管材作为重要的石油物资，基本是统筹统购。但在市场经济条件下，由于采购权力的下放，一度导致进货渠道多种多样，尤其是随着供货商和制造商增多，未及时制定相关准入制度，致使质量参差不齐的管材均在油田能够见到；订货标准问题：由于对API标准认识方面的误区，我国目前石油专用管材的订货标准基本上采用API标准，但事实上API标准是一个最低标准。这与国外油公司一般要制定补充订货条件，尤其是一些特殊工况井还要制定特殊的采购标准，显然有一定的差距。,满足API标准，但上扣过程发生粘扣,韧性较低，止裂差,选型和选材方面：由于一些采购人员缺乏专业方面的知识，对管子的质量和性能了解不够，订货时无法准确的控制其技术指标；质量监督方面：仅进行到货商检或在发生问题时才进行必要的检验，而一些较先进的检验方式，如准入检验、驻厂监造、年度质量监督检验和评级评价检验开展较少。,5、石油专用管失效依然非常严重,钻具失效据不完全统计，全国各油田每年发生钻具失效事故近1000起，失效事故有一个显著特点，就是探井、新区块钻具断裂事故率远大于开发井、老区块。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；套损情况非常严重，分布广，数量大，截止2004年主要油田的套损井已达1.8万多口；套损率高，目前全国各主要油田套损井约占油气井总数的20%左右，发展速度快，有的区块开发未满10年，就出现超过50的套损率；经济损失严重，年损失达几十亿元;钻柱或套管柱损坏有时会导致油井报废。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。我国西部油田一口油井的成本约几千万元甚至上亿元人民币。,5、石油专用管失效依然非常严重,腐蚀问题日益突出，几乎所有油田都存在油井管腐蚀问题，比较严重的如长庆油田的洛河水腐蚀，套管从投产到穿孔最短16个月。塔里木油田的CO2腐蚀，油管寿命最短的只有20个月。每年因腐蚀导致的油井管失效事故造成的经济损失十分惊人，严重影响正常的勘探与开发。,钻杆加厚过渡带腐蚀疲劳刺穿失效,腐蚀导致的失效,由于质量导致的失效,四、国外石油专用管采购过程中的质量控制,给出油井管选用的一般原则和质量控制程序，包括使用特定专利的油井管应满足的技术要求和采购要求；套管质量实行分级控制，根据井深、压力、井的类别（生产、勘探）、套管用途（表层、技术、油层）以及陆上或海上使用，将套管分成若干等级，等级不同，质量要求不同；对每种等级的管子的适用条件进行严格的界定，如使用的环境温度、腐蚀含量、压力等级、井深等，不同工况选择不同等级的管子；合理的油井管质量控制程序：管柱设计给出技术参数表组织订货必要的监造和检验（强调质量等级）验收存放,1、制定满足油田需求的管材选用规范，明确管材的质量控制程序,API标准为基础标准（视为最低要求），为保证专用管的质量需要制定补充订货标准；突出API标准以外的特殊的要求，明确API标准中的一些可选项和未明确的内容，如试验温度、制造方法，探伤方法甚至拒收依据等，特别是把一些禁止的内容条款明示出来；标准制定的目的就是为了保证油、气井的安全可靠，所以技术要求一般比较高，与制造商的关系是认可制的关系；,2、根据技术要求，制定出科学合理的订货补充标准,根据套管质量要求，对制造厂的生产条件、技术水平和管子实物性能进行考核，只有同时能满足API标准和补充订货技术规范的供货商才能获得准入认可，所有认可的供货商均在选用规范中列出；认可仅对某个产品而言，并不意味供货商的其他产品自动获得认可；认可的供货商并不具有终身制,要定期接受审核,并要根据技术的发展而重新认可。,3、选择合格的供货商，对供货商实行认可制,对采购的所有产品在合同中明确表示保留进行第三方检验和驻厂监督的权力，根据套管质量等级要求，分别开展第三方委托检验和驻厂检验，驻厂检验被认为是行之有效的质量控制方法；非常重视对产品的实物性能评价，目前非API套管（特殊螺纹、特殊钢种等）使用量逐渐增大，这些特殊类型管子的性能特点差异很大，即使是同一种类型套管，生产工艺不同其质量也有所区别，要熟悉各种套管的性能特点和使用条件，从而实现正确选用，只有通过全尺寸实物性能评价工作来获得；,4、进行必要的第三方检验和性能评价,实践中发现，所有常规检验项目均符合标准的油、套管，在使用中其实物整体性能却表现出较大差异，如抗粘扣性能、密封性、抗滑脱强度、抗挤强度等，有的甚至不能满足工程使用要求；高抗挤套管的抗挤性能，特殊螺纹接头套管气密封性等，常规的检测方法难以评价其质量的优劣；标准给出的只是套管单轴强度，套管的复合承载能力（尤其是接头的密封性和管材的耐腐蚀性）一般并没有给出，而实际上管柱在井下均承受的是复合载荷。,由于全尺寸试样的真实性以及真实的模拟了实际工况条件，所以试验检结果更真实、更直观的反映了油、套管的实际使用性能，它是继外观尺寸检验、无损探伤、螺纹参数检测和材质理化分析之后的一种新型油、套管评价方法。API、ISO相继颁布了全尺寸实物性能评价方法的标准，如APIRP5C5、ISO13679。,五、加强电子商务采购中石油专用管质量控制的几点建议,1、进一步加强电子商务的市场调控能力,中石油电子商务，实行上网许可制度，在统一厂家入网条件和协调产品价格方面作了大量工作，对市场具有一定的规范作用；实行网上采购，可以发挥集团公司品牌优势和整体优势，在产品价格、技术服务、质量保证、供货周期等方面可以获得更大的优惠，提高调控能力；电子商务对于石油专用管企业的入网，实施了严格的审查制度，并积极组织配套的质检工作，对采购产品的质量也起到非常好的作用；但由于客观原因，电子商务重点解决贸易价格问题，加上没有市场协调职能，在市场调控方面还不能发挥很大的作用，在技术和质量控制方面，也还需要赋予一定的职能；,2、进一步完善入网审查制度，真正实行准入制度,对制造企业实行入网许可，无疑是电子商务实现对产品质量控制的基础，既体现公平竞争的原则，又可以从制度上达到规范市场，防止劣质产品进入油田，实现长期监控产品质量的目的。但目前入网许可审查制度需进一步完善，即应该从资质审查过渡到能力审查，不但要评价其质量体系是否满足产品生产的要求，而且还应对其产品的实际质量水平进行评价，并且应定期对入网企业进行复审，实行真正意义的市场准入制度。,3、尽快制定网上采购补充技术标准