我國(guó)非API油套管現(xiàn)狀分析及駐廠監(jiān)造難點(diǎn)與對(duì)策

武 剛 齊國(guó)權(quán) 張鴻博 楊力能 閆 凱 李昱坤

中國(guó)石油集團(tuán)石油管工程技術(shù)研究院 （陜西 西安 710065）

1 非API油套管種類及特點(diǎn)

1.1 非API油套管概述及分類

油套管分為API油套管與非API油套管兩類。API油套管是嚴(yán)格按照API標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)和檢驗(yàn)的一類油套管產(chǎn)品，其特點(diǎn)是技術(shù)成熟、通用性強(qiáng)。非API油套管是指不完全按照或不按照API標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)檢驗(yàn)的一類油套管，是各生產(chǎn)廠根據(jù)用戶的特殊需求，或?yàn)榱藵M足某些特殊工況而開(kāi)發(fā)的個(gè)性化產(chǎn)品 （大多數(shù)為各家專利產(chǎn)品）[1]。

非API油套管有3類:第1類是非API規(guī)格（幾何尺寸）系列，主要是油套管及接箍的外徑、壁厚等幾何參數(shù)非標(biāo)準(zhǔn)。第2類是非API鋼級(jí)系列。第3類是非API螺紋的特殊螺紋系列，即通常所講的特殊扣。

通常我們所講的非API油套管主要指后兩類，即非API鋼級(jí)和特殊扣。而且，在多數(shù)情況下，非API鋼級(jí)與特殊扣同時(shí)應(yīng)用于油套管產(chǎn)品。非API油套管從本質(zhì)上講，就是具有是高性能或特殊性能的一類油套管。

1.2 非API鋼級(jí)油套管

非API鋼級(jí)主要和油套管材質(zhì)相關(guān)，由于此類鋼管的化學(xué)成分和熱處理方式方法的不同，其理化性能（高強(qiáng)度、高韌性和耐腐蝕性等）也強(qiáng)于API鋼級(jí)的油套管。

API 5CT油套管分為4組，第8版是19個(gè)鋼級(jí)，第9版是15個(gè)鋼級(jí)[2]。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，油田實(shí)際使用的油套管中約30%是高性能的非API類型。

國(guó)內(nèi)外非API鋼級(jí)油套管已經(jīng)形成多種系列，如抗擠毀（超高抗擠）套管，深井超深井用油套管，稠油熱采井油套管，低溫環(huán)境用油套管，抗硫化氫腐蝕油套管，抗二氧化碳腐蝕油套管，兼顧抗硫化氫應(yīng)力腐蝕和高抗擠的套管，二氧化碳、氯離子及硫化氫共存環(huán)境用油套管等。

1.3 非API螺紋油套管

一般來(lái)講，大多數(shù)的特殊扣分為3個(gè)部分:連接螺紋、抗過(guò)扭矩臺(tái)肩和密封面（圖1）。

連接螺紋:主要作用為連接管柱和輔助密封。大多數(shù)特殊扣還是保留了API的偏梯形結(jié)構(gòu)，只是對(duì)細(xì)節(jié)略作修改。例如導(dǎo)向面和承載面角度的變化（倒鉤式、直角等），以提高螺紋連接強(qiáng)度；或是對(duì)管體和接箍的齒高做變化，提高抗粘扣性能等。

密封面:起到主密封作用，比較典型的幾種金屬對(duì)金屬密封結(jié)構(gòu)從形式上可分為3種:錐面-錐面，面接觸密封結(jié)構(gòu)；球面-錐面，線密封結(jié)構(gòu)；球面-曲面，線密封結(jié)構(gòu)。

抗過(guò)扭臺(tái)肩:扭矩臺(tái)肩是特殊螺紋接頭的重要組成部分，其作用是:①上扣定位，可以保證密封面配合良好，而不至于使密封面的過(guò)盈量隨著接頭旋合而無(wú)限制地增大，同時(shí)，接頭受壓縮時(shí)，臺(tái)肩可分擔(dān)一部分載荷，從而使密封面的關(guān)鍵部位不發(fā)生塑性變形；②控制上扣扭矩，限定螺紋機(jī)緊過(guò)盈量，優(yōu)化螺紋應(yīng)力分布，提高螺紋抗粘扣的能力；③使接頭有較好的抗過(guò)扭矩能力；④上扣后產(chǎn)生一定的軸向過(guò)盈，起到輔助密封的作用。臺(tái)肩種類按照數(shù)量分為單臺(tái)肩和多臺(tái)肩（一般是雙臺(tái)肩），按照臺(tái)肩角度分為直臺(tái)肩和斜臺(tái)肩。

目前世界上最先進(jìn)、性能最好的特殊扣主要來(lái)自 Vallourec&Mannesmann（歐洲）、Hunting 和 Hydril（美國(guó)）、Tenaris（阿根廷），奧鋼聯(lián)(奧地利)等企業(yè),這些大公司的特殊扣 (如瓦盧內(nèi)克公司的VAM系列，漢廷公司的Seal-Lock系列等)占據(jù)了世界特殊扣總產(chǎn)量的絕大部分[3,4]。

2 我國(guó)非API油套管發(fā)展趨勢(shì)與現(xiàn)狀分析

2.1 我國(guó)非API油套管發(fā)展趨勢(shì)

隨著我國(guó)能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整，石油天然氣開(kāi)發(fā)力度進(jìn)一步加強(qiáng)，對(duì)高性能油套管需求將會(huì)保持高速穩(wěn)定增長(zhǎng)，非API(美國(guó)石油協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn))以及特殊螺紋接頭油套管產(chǎn)品空間大，油套管市場(chǎng)發(fā)展前景可觀。

據(jù)中國(guó)金屬學(xué)會(huì)數(shù)據(jù)，截至2011年底，我國(guó)無(wú)縫鋼管產(chǎn)能3000萬(wàn)t(包括油套管)，國(guó)內(nèi)需求1700萬(wàn)t，出口500萬(wàn)t，過(guò)剩500萬(wàn)t。總體開(kāi)工率80%，但很多企業(yè)仍有擴(kuò)大產(chǎn)能的沖動(dòng)。僅從數(shù)據(jù)上看，中國(guó)鋼管行業(yè)存在產(chǎn)能過(guò)剩問(wèn)題。但大多數(shù)企業(yè)只做API標(biāo)準(zhǔn) (美國(guó)石油協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn))，中低端產(chǎn)品過(guò)剩嚴(yán)重，高端品種市場(chǎng)空間大，但國(guó)內(nèi)產(chǎn)品非常欠缺，比如耐硫化氫、耐高壓的大部分產(chǎn)品需要進(jìn)口。

中國(guó)從事油套管生產(chǎn)的大型或特大型企業(yè)有7家，油套管生產(chǎn)能力約為650萬(wàn)t，占油套管總能力的61.9%。但是非API只有5%，特殊扣只有2%～3%。而國(guó)際上非API生產(chǎn)能力占到35%。

目前油套管生產(chǎn)國(guó)際上均采用API標(biāo)準(zhǔn)，以保證產(chǎn)品質(zhì)量。非API及特殊螺紋接頭油套管產(chǎn)品，則是為了滿足苛刻工況條件下的特殊要求。隨著行業(yè)應(yīng)用拓展，對(duì)這些產(chǎn)品的需求越來(lái)越大。就油套管總體市場(chǎng)而言，市場(chǎng)價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)已接近或超過(guò)成本底線，品牌競(jìng)爭(zhēng)將成為企業(yè)發(fā)展趨勢(shì)。今后對(duì)高性能油套管產(chǎn)品的需求將會(huì)超過(guò)常規(guī)API系列油套管。

2.2 我國(guó)非API油套管現(xiàn)狀分析

近年來(lái)，我國(guó)主要油套管生產(chǎn)企業(yè)的產(chǎn)品在全面覆蓋API 5CT的基礎(chǔ)上，也開(kāi)發(fā)了一系列的非API鋼級(jí)和特殊螺紋接頭油套管。

我國(guó)開(kāi)發(fā)非API油套管的鋼級(jí)約有100多種，大大超過(guò)了API鋼級(jí)的數(shù)量[1]，國(guó)內(nèi)非API鋼級(jí)油套管產(chǎn)品總體上達(dá)到或接近國(guó)外同類產(chǎn)品技術(shù)水平，與國(guó)外產(chǎn)品有明顯差距的僅有超級(jí)13Cr、雙相不銹鋼、耐蝕合金油套管。按訂貨產(chǎn)品估算，近幾年國(guó)內(nèi)實(shí)際投入到油田使用的非API鋼級(jí)的油套管大約在 40～50 種左右[5]。

以天津鋼管公司為例（表1），TP系列非API鋼級(jí)油套管2011年已達(dá)39萬(wàn)t左右。

表1 天津鋼管公司非API鋼級(jí)產(chǎn)品

我國(guó)的特殊扣產(chǎn)品起步相對(duì)較晚，攀成鋼1996年自主開(kāi)發(fā)了CGT特殊扣。之后天鋼、寶鋼、衡鋼、西姆萊斯等幾大管廠也陸續(xù)研發(fā)并投產(chǎn)自己的特殊扣產(chǎn)品，如天鋼的TP系列，寶鋼的BG系列，西姆萊斯的WSP系列等[6,7]。國(guó)內(nèi)一些公司也有購(gòu)買國(guó)外特殊扣專利使用權(quán)來(lái)生產(chǎn)其產(chǎn)品，如寶雞鋼管公司生產(chǎn)日本住友公司的TM扣型和攀成鋼公司生產(chǎn)日本JFE公司的FOX扣型，國(guó)內(nèi)特殊螺紋接頭匯總見(jiàn)表2。

一般來(lái)說(shuō)，各個(gè)特殊扣產(chǎn)品的特點(diǎn)無(wú)非就是集中連接螺紋、密封面和臺(tái)肩，國(guó)內(nèi)的產(chǎn)品和國(guó)外相比，從設(shè)計(jì)角度將并沒(méi)有太大的差距，油田之所以在針對(duì)一些苛刻井時(shí)往往選擇國(guó)外的油套管產(chǎn)品，主要是因?yàn)槲覈?guó)的產(chǎn)品主要在加工上和國(guó)外存在較大差距。一方面，我們的加工技術(shù)跟不上，設(shè)備過(guò)于落后或者工人技術(shù)條件跟不上先進(jìn)的設(shè)備；另一方面，檢測(cè)技術(shù)和管理體系跟不上，導(dǎo)致我們生產(chǎn)的產(chǎn)品加工誤差大，不能保證在苛刻井況下安全使用。因此國(guó)內(nèi)管廠在開(kāi)發(fā)新的產(chǎn)品同時(shí)應(yīng)該注重這幾方面的提升，盡快縮小與國(guó)外產(chǎn)品的差距。

表2 國(guó)內(nèi)油套管特殊螺紋接頭主要系列

3 我國(guó)非API油套管駐廠監(jiān)造難點(diǎn)與對(duì)策

駐廠監(jiān)造通常是指業(yè)主或采購(gòu)方，依合同委托獨(dú)立的第三方技術(shù)檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)對(duì)其采購(gòu)的貨品，依照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和與制造方簽訂的合同等文件，進(jìn)入制造方生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)被采購(gòu)的標(biāo)的物整個(gè)生產(chǎn)制造過(guò)程進(jìn)行監(jiān)督和控制，目的是檢驗(yàn)和證實(shí)制造全過(guò)程與標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)質(zhì)量文件的符合性。目前，我國(guó)大多數(shù)油田已經(jīng)采用駐廠監(jiān)造來(lái)保證所采購(gòu)的油套管質(zhì)量，實(shí)踐證明，這是一種行之有效的手段。但是隨著非API油套管的需求和采購(gòu)越來(lái)越多，駐廠監(jiān)造也面臨著新的難點(diǎn)。

3.1 缺乏統(tǒng)一、可靠的標(biāo)準(zhǔn)體系

對(duì)傳統(tǒng)的API油套管，監(jiān)理人員一般依照API 5CT/5B對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行有效控制。但是對(duì)于非API產(chǎn)品，由于是生產(chǎn)廠各家的自有產(chǎn)品，針對(duì)某一特殊需求而開(kāi)發(fā)，則不完全按照或者不按照API的標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)。這就給監(jiān)理人員帶來(lái)了一定的困難，只能依照工廠的技術(shù)協(xié)議進(jìn)行監(jiān)造，例如特殊鋼級(jí)中化學(xué)成分的要求、力學(xué)性能、探傷方式和探傷等級(jí)以及特殊螺紋加工中的參數(shù)及公差范圍。如果業(yè)主對(duì)產(chǎn)品和技術(shù)協(xié)議沒(méi)有充分的認(rèn)識(shí)和把握，監(jiān)理人員也沒(méi)有提早介入，工廠就充當(dāng)了“運(yùn)動(dòng)員”和“裁判員”的雙重角色，而工廠往往在技術(shù)細(xì)節(jié)問(wèn)題上采用含糊說(shuō)明，當(dāng)監(jiān)理人員在監(jiān)造中遇到技術(shù)協(xié)議中模糊點(diǎn)，就會(huì)產(chǎn)生爭(zhēng)議。

對(duì)各種各樣、性能不一的非API油套管產(chǎn)品，盡快建立統(tǒng)一的、通用性強(qiáng)的非API油套管標(biāo)準(zhǔn)體系，保障非API油套管的發(fā)展。在體系沒(méi)有建立完成前，針對(duì)非API產(chǎn)品:一方面油田采購(gòu)部門應(yīng)該聯(lián)合相關(guān)技術(shù)部門及各科研院所加強(qiáng)與工廠的聯(lián)系，在生產(chǎn)前做好技術(shù)協(xié)議相關(guān)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的制定；另一方面監(jiān)理人員應(yīng)該及早介入，在生產(chǎn)前搞清楚標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)協(xié)議，找出可能存在的爭(zhēng)議或模糊點(diǎn)，提早解決，避免監(jiān)造過(guò)程中產(chǎn)生問(wèn)題，保證油非API井管產(chǎn)品的質(zhì)量。

3.2 特殊螺紋加工專用量具的使用

特殊螺紋接頭由于其結(jié)構(gòu)的特殊性及精度要求高等特點(diǎn)，對(duì)接頭的檢測(cè)水平要求高，并且需要特制的檢測(cè)量具。從接頭的組成結(jié)構(gòu)來(lái)看，特殊螺紋接頭檢測(cè)的特殊性主要體現(xiàn)在聯(lián)接螺紋、密封面、抗過(guò)扭臺(tái)肩3個(gè)方面。

螺紋檢測(cè)中螺紋緊密距參數(shù)可與螺紋中徑參數(shù)可互相替代，螺紋中徑與螺紋橢圓度配合使用，對(duì)于緊密距和中徑參數(shù)需根據(jù)特殊螺紋接頭特點(diǎn)采用特制的量具，各大工廠也都根據(jù)各自的接頭特點(diǎn)開(kāi)發(fā)出特殊的檢測(cè)量具。如TP-CQ特殊螺紋接頭用中徑規(guī)檢測(cè)螺紋中徑替代緊密距測(cè)量，同時(shí)也必須檢測(cè)螺紋橢圓度。對(duì)于非API螺紋牙型，還需檢測(cè)聯(lián)接螺紋的牙型，常見(jiàn)方法有塑模法和牙型對(duì)比塊法，如BGC特殊螺紋接頭采用塑模法進(jìn)行螺紋牙型檢測(cè)。

密封面是特殊螺紋接頭保證其密封性能最重要的部分，其精度要求非常高，對(duì)其檢測(cè)也需要特制工具。密封面需要檢測(cè)的項(xiàng)目有外觀、密封面直徑、密封面橢圓度、密封面錐度、密封面光潔度、密封面長(zhǎng)度等。密封面外觀不得出現(xiàn)點(diǎn)腐蝕、機(jī)械刻痕、凹陷、變形等缺陷。對(duì)于不同的特殊接頭檢測(cè)要求不同，各工廠按照其檢測(cè)規(guī)范進(jìn)行檢測(cè)。

在檢測(cè)扭矩臺(tái)肩中，首先要確定扭矩臺(tái)肩的形式，采用扭矩臺(tái)肩位置量規(guī)檢測(cè)端面至扭矩臺(tái)肩的長(zhǎng)度（MUL）。如天鋼公司采用特制的球頭深度尺檢測(cè)TP-CQ特殊接頭接箍臺(tái)肩深度。

各工廠的特殊螺紋都具有自己的技術(shù)特點(diǎn)和使用范圍，但主要都集中在連接螺紋、密封面、扭矩臺(tái)肩這3個(gè)特殊點(diǎn)。監(jiān)理人員應(yīng)該針對(duì)不同的特殊螺紋類型，從以上3個(gè)方面深入了解不同產(chǎn)品的檢測(cè)原理、要點(diǎn)及參數(shù)控制范圍，把握特殊量具的使用方法，保證油非API井管產(chǎn)品的質(zhì)量。

3.3 針對(duì)特殊性能要求的特殊試驗(yàn)

針對(duì)特殊性能的油管，往往需要做與之相對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)，例如非API鋼級(jí)抗硫管的SSCC試驗(yàn)、非API鋼級(jí)深井用管的壓潰試驗(yàn)等。而這些試驗(yàn)并沒(méi)有相對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，例如，目前油田廣泛采購(gòu)的抗硫管，按照API 5CT的要求，C90和T95鋼級(jí)的產(chǎn)品應(yīng)按照ANSI-NACE TM0177中的一種試驗(yàn)方法,每爐批做硫化物應(yīng)力開(kāi)裂試驗(yàn),試驗(yàn)周期720h[1]。目前，國(guó)內(nèi)一些廠家利用自己的非API產(chǎn)品鋼級(jí)不再標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)規(guī)定這一條件，存在以下幾個(gè)問(wèn)題。第一，試驗(yàn)頻率不達(dá)標(biāo)，有些廠家因?yàn)樵囼?yàn)條件有限，沒(méi)有嚴(yán)格按照每爐批的頻次，縮小比例進(jìn)行試驗(yàn)；第二，因?yàn)樵囼?yàn)周期較長(zhǎng)，在業(yè)主急需油井管產(chǎn)品的情況下，有些廠家先發(fā)貨后試驗(yàn)或者不做實(shí)驗(yàn)；第三，國(guó)內(nèi)大多數(shù)廠家判定抗硫試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)為720h試樣未斷即合格，這一評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)過(guò)于簡(jiǎn)單籠統(tǒng)。雖然存在上述問(wèn)題，但是由于缺乏有效的標(biāo)準(zhǔn)約束，很多情況下監(jiān)理人員也就對(duì)產(chǎn)品放行，無(wú)疑增加了質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。

針對(duì)特殊用途 （特別是苛刻工況下）用非API油套管，必須保證試驗(yàn)的可靠性。監(jiān)理人員在不了解具體情況下不能盲目的按照工廠的方法簡(jiǎn)化試驗(yàn)，而是應(yīng)該在了解通用標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，充分學(xué)習(xí)掌握特殊試驗(yàn)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，運(yùn)用到監(jiān)理工作中，保證油非API井管產(chǎn)品的質(zhì)量。

4 結(jié) 論

（1）我國(guó)對(duì)高性能油套管需求將會(huì)保持高速穩(wěn)定增長(zhǎng)，非API油套管產(chǎn)品空間大，油套管市場(chǎng)發(fā)展前景可觀。

（2）駐廠監(jiān)造是保證油套管質(zhì)量的一種有效方式，但是隨著我國(guó)非API油套管的需求和采購(gòu)越來(lái)越多，駐廠監(jiān)造也面臨著新的難點(diǎn)。我們應(yīng)該盡快建立系統(tǒng)的產(chǎn)品、應(yīng)用、評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的非API油套管標(biāo)準(zhǔn)體系，熟悉掌握特殊螺紋加工專用量具的檢測(cè)原理和使用方法以及了解一些特殊試驗(yàn)的原理和依據(jù)，運(yùn)用的駐廠監(jiān)造工作中去，來(lái)保證我國(guó)非API油套管的質(zhì)量。

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