ISO 11960:2020《石油天然氣工業(yè) 油氣井套管或油管用鋼管》標(biāo)準(zhǔn)解讀

申昭熙，林 凱

1.石油管材及裝備材料服役行為與結(jié)構(gòu)安全國家重點實驗室（陜西 西安 710065）

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

2020年4月10日，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織第67技術(shù)委員會第5分委會（ISO/TC 67/SC 5）傳來好消息[1]，由中國石油集團(tuán)石油管工程技術(shù)研究院（以下稱管研院）主持修訂的國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 11960：2020《石油天然氣工業(yè) 油氣井套管或油管用鋼管》[2]（第六版）獲準(zhǔn)正式發(fā)布。這是該項國際標(biāo)準(zhǔn)20多年來首次由中國牽頭修訂，也是管研院主持修訂發(fā)布的第3項石油管材國際標(biāo)準(zhǔn)。

ISO 11960是國際標(biāo)準(zhǔn)化組織制定的油套管用鋼管的國際標(biāo)準(zhǔn)，最早發(fā)布于1996年，對各國油套管用鋼管的質(zhì)量與技術(shù)水平提升及規(guī)范，促進(jìn)國際間貿(mào)易和減少技術(shù)爭執(zhí)起了非常重要的引領(lǐng)作用。

作為ISO/TC 67/SC 5國內(nèi)技術(shù)對口單位，管研院積極參與國際標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)，大力推動油套管國際標(biāo)準(zhǔn)在國內(nèi)落地生根。在管研院推動和帶領(lǐng)下，我國油管和套管的國產(chǎn)化率從1995年的不到20%快速發(fā)展到2012年的99%以上，不僅可以生產(chǎn)全部標(biāo)準(zhǔn)油管和套管產(chǎn)品，大量非標(biāo)產(chǎn)品也做到了與國際同步的水平[3]。目前我國油管和套管的出口量約占全球同類產(chǎn)品貿(mào)易量的30%。

2014年，管研院提出對ISO 11960：2014版[4]進(jìn)行修訂的提案。6年來，管研院積極推動多方技術(shù)交流與溝通，先后組織召開相關(guān)國際會議6次，論證處理各國專家意見和建議100余條，調(diào)研統(tǒng)計試驗報告8 200多份，并通過國際合作對超厚壁高抗擠套管進(jìn)行研究。提案內(nèi)容獲得了美國、德國、日本、加拿大和阿根廷等項目參與國的認(rèn)可。

ISO 11960：2020《石油天然氣工業(yè)油氣井套管或油管用鋼管》刪除了對鋼級進(jìn)行分組的內(nèi)容，去掉了M65鋼級；刪除產(chǎn)品規(guī)范等級（PSL）規(guī)定，將性能更高要求作為補充要求整合到正文或附錄A中；附錄H中增加了高抗擠鋼管的內(nèi)容；修改了酸性介質(zhì)環(huán)境服役鋼級材質(zhì)制造的鋼管的無損檢測要求。

1 標(biāo)準(zhǔn)修訂意義

與2014版相比較，ISO 11960：2020修訂的內(nèi)容較多，其中最主要的修訂是增加了高抗擠套管產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)要求。

隨著冶金技術(shù)發(fā)展和油氣開發(fā)環(huán)境條件的改變，對油管和套管用鋼管的技術(shù)需求有所變化，淘汰一些不適用或需求極少的產(chǎn)品，增加油氣開發(fā)所需鋼級、產(chǎn)品，或完善性能要求，使標(biāo)準(zhǔn)適應(yīng)市場需求，滿足油套管產(chǎn)品和技術(shù)的發(fā)展。

近年來，由于API對知識產(chǎn)權(quán)和品牌的控制及美國和歐盟貿(mào)易禁令的影響，API與ISO結(jié)束了國際標(biāo)準(zhǔn)化工作方面的合作[5]，也應(yīng)及時對ISO 11960：2014版進(jìn)行必要的修改。

隨著井深增加，油氣井地層力學(xué)行為日趨復(fù)雜，深井/超深井、膏巖層、蠕動地層等對套管抗擠毀強度的要求越來越高，因套管變形引起的套管擠毀，是套損的主要表現(xiàn)形式。套管擠毀與地層壓力、套管磨損、套管抗擠強度等有關(guān)，其中的可控因素是套管的抗擠強度。在外徑、壁厚和鋼級確定后，仍有其他影響套管抗擠強度的因素，如材料屈服強度、外徑橢圓度、壁厚不均度、殘余應(yīng)力等。如外徑橢圓度和壁厚不勻較大時會降低其抗擠強度?，F(xiàn)代的無縫管軋制技術(shù)，可以將套管的壁厚不均度和橢圓度分別控制在10%和0.6%以內(nèi)，從而提高套管的抗擠強度。研究表明，將套管參數(shù)控制在一定范圍內(nèi)可以有效提高套管抗擠強度。套管柱設(shè)計及選擇與套管抗擠強度直接相關(guān)，很多時候套管的壁厚選擇是由其抗擠強度決定的。同等規(guī)格、鋼級的普通套管，生產(chǎn)過程中未采取特殊控制措施，其設(shè)計抗擠強度雖然可滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，但對深井超深井來說，盡可能減小壁厚、降低管柱質(zhì)量是永恒的追求。為此，越來越多的套管制造廠瞄向了“高抗擠套管”，即在規(guī)格和鋼級相同的情況下，套管的設(shè)計抗擠強度大于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值。

高抗擠套管從20世紀(jì)80年代發(fā)展到今天，國內(nèi)外眾多廠家開發(fā)了種類繁多的高抗擠套管產(chǎn)品，應(yīng)用到油氣勘探開發(fā)中，如TENARIS、V&M、SUMITOMO、JFE、天鋼、寶鋼等。但國際上還無相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)來規(guī)范高抗擠套管產(chǎn)品的性能要求。因此，不同廠家的“高抗擠套管”給出的設(shè)計抗擠強度不一致（圖1），有些相差還比較大，造成產(chǎn)品適用性、安全性和經(jīng)濟(jì)性不明確，給油田用戶選用帶來了困惑。

圖1 不同生產(chǎn)廠的高抗擠套管擠毀試驗數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)API套管的比較

基于高抗擠套管產(chǎn)品發(fā)展和用戶需求，管研院對高抗擠套管進(jìn)行了大量研究，于2011年制定了中國石油集團(tuán)公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/SY 1394—2011《高抗擠套管》[3]。2014年，作為ISO/TC 67/SC 5國內(nèi)技術(shù)對口單位的管研院，正式向ISO提出在油套管國際標(biāo)準(zhǔn)中增加高抗擠套管內(nèi)容的提案。

管研院提出的ISO 11960：2020修訂提案獲得投票通過，將進(jìn)一步提升我國在國際石油管材標(biāo)準(zhǔn)化領(lǐng)域的地位和影響力，為國產(chǎn)同類產(chǎn)品進(jìn)入國際市場、減少國際貿(mào)易技術(shù)壁壘、促進(jìn)國際間技術(shù)合作與進(jìn)步奠定了良好基礎(chǔ)。

2 標(biāo)準(zhǔn)主要修訂內(nèi)容

與2014版相比較，ISO 11960：2020版標(biāo)準(zhǔn)修訂的內(nèi)容主要有：

1）刪除了M65鋼級以及與M65鋼級鋼管相關(guān)的技術(shù)要求內(nèi)容。

2）去掉了2014版中附錄F對API認(rèn)證的內(nèi)容。

3）刪除了2014版附錄H和附錄J對產(chǎn)品規(guī)范等級描述的內(nèi)容。

4）刪除了2014版附錄K對ANSI-NACETM0284-2003附錄C中H2S滴定程序的修改的說明。

5）把2014版原第1章的分節(jié)刪除，合并成為一個完整部分，簡化了內(nèi)容描述；去掉了對鋼級的分組規(guī)定，用戶可以直接用鋼級在標(biāo)準(zhǔn)中查找相應(yīng)的技術(shù)要求。

6）把2014版“第2章一致性”內(nèi)容放到了2020版第4章位置。

7）第2章中增加了ISO 9712[4]規(guī)范性引用文件，刪除了ISO/TR 9769、ISO/IEC 17011、ISO/IEC 17025、ISO 15156-2、ANSI/NACE TM0284和ANSI/NACE MR0175/ISO 15156引用文件，更新ANSI/NACE TM0177為2016版，更新了ASNT SNT-TC-1A標(biāo)準(zhǔn)名稱。

8）3.1去掉了“手緊”和“接頭短節(jié)”術(shù)語；3.2中增加了max、min縮略語，去掉了NIST和PSL縮略語。

9）5.2.2表格增加了C90、T95和C110的SSC試驗要求，刪除了材料認(rèn)證、產(chǎn)品規(guī)范等級和縮徑接箍要求。

10）5.2.3增加了表C.27規(guī)定之外長度和高抗擠的要求，刪除了C90、T95和C110的SSC試驗要求（第6行有編輯錯誤，0.181in應(yīng)為1.181in）。

11）5.3.2增加了C90和T95的SSC試驗要求，刪除了材料認(rèn)證、產(chǎn)品規(guī)范等級和縮徑接箍要求。

12）5.3.3增加了表C.27規(guī)定之外長度和高抗擠的要求，刪除了C90和T95的SSC試驗要求。

13）5.4.1增加了C90、T95和C110的SSC試驗要求，5.4.2刪除了C90、T95和C110的SSC試驗要求，刪除了材料認(rèn)證、產(chǎn)品規(guī)范等級和縮徑接箍要求。

14）6.3節(jié)把P110和R95的矯直放到一起說明，對P110矯直方法有了具體規(guī)定；把C90、T95和C110合在一起，矯直方法按C110規(guī)定，同時規(guī)定了應(yīng)力消除。

15）7.1化學(xué)成分要求增加了C90、T95的生產(chǎn)廠向用戶說明所有成分最大、最小含量的責(zé)任。7.5中增加對N80 1類鋼級管體沖擊吸收能規(guī)定，要求等同N80Q（表10中N80Q為編輯錯誤應(yīng)為N80[所有類型]），標(biāo)準(zhǔn)其他地方也做了相應(yīng)修改。7.5.5對試驗強制性要求有變化，應(yīng)予以注意。

16）7.7.1 a）刪除了“除此之外”的內(nèi)容；7.10增加了一個小節(jié)，對L80 1類鋼級淬透性給了特殊規(guī)定。

17）7.12刪除了L80 9Cr表面狀態(tài)的規(guī)定，并對L80 13Cr表面狀態(tài)和處理方式增加了要求。7.14.4“試驗溶液”小節(jié)增加了ANSI/NACE TM0177-2016的試驗溶液飽和度進(jìn)行資料驗證的規(guī)定。

18）第9章中刪除了2014版9.8“縮徑接箍內(nèi)容”，簡化了9.10“螺紋-接箍內(nèi)容”。

19）10.11金相組織評定由僅要求P110和Q125，修改為對所有EW鋼管的要求。10.13.3中的“注”改成了正文。

20）10.13.4中增加了需要全面檢測壁厚的鋼級，由C110增加為L80 13Cr、C90、T95、C110、Q125。

21）10.15.1對部分段落語言進(jìn)行重組，增加了C90、T95和C110參考刻槽的特殊要求。10.15.2對NDE檢測人員資質(zhì)的要求更加詳細(xì)。10.15.11增加了接箍坯料加工后表面要求。10.15.12—10.15.14對接箍坯料及附件材料的NDE有了更加詳細(xì)的規(guī)定，對不進(jìn)行檢測的管端、接箍坯料和附件材料端部也有規(guī)定。

22）11章節(jié)中刪除了2014版11.1.9關(guān)于版本重合期的規(guī)定。

23）11.4.3“散件接箍”、11.4.4“特殊間隙接箍”、11.4.5“短于1.8米的短節(jié)”和12.2.2“L80 13Cr鋼級”中，刪除了L80 9Cr鋼級的要求，只有L80 13Cr鋼級有特殊要求。

24）13.2是將2014版13.2和13.3節(jié)合并了，簡化了內(nèi)容要求，重新編寫了13.3合格證內(nèi)容，詳細(xì)規(guī)定了合格證應(yīng)該包括的內(nèi)容。

25）刪除了附錄A中SR1要求，SR12.5在第1段后的注被刪除，刪除了SR.15內(nèi)容，SR16.2中增加了SR16.2.2“除Q125外的所有鋼級（7.5.3）”，對夏比試驗溫度做了說明。刪除了2014版16.3.3 N80 1類鋼級，刪除了SR22節(jié)的通則，簡化了SR39.3“可選試驗溶液”、SR39.6“其他試驗條款“。SR40節(jié)要求內(nèi)容適用鋼級減少為H40、J55、K55、N80和L80-1，增加了SR41 Q125屈服強度要求，SR42“N80、L80-1、C90、R95、T95、P110和Q125夏比V型缺口試驗性能”，SR43“L80 13Cr、C90、T95和Q125鋼級NDE要求“，SR44“淬透性——淬火和回火產(chǎn)品的最小馬氏體組織占比”，SR45“L80-1、C90和R95鋼級SSC試驗”，SR46“不加厚管硬度試驗——C90和T95鋼級”，以及SR47“高抗擠（附錄H）”。

26）增加了附錄H“高抗擠要求”，其規(guī)定了用戶采購高抗擠鋼管時需滿足的要求，包括最低高抗擠強度要求，高抗擠鋼管生產(chǎn)、檢測和試驗要求。

27）正文和附錄中的部分參數(shù)及數(shù)據(jù)也有修訂，如鋼級的熱處理方法，更多細(xì)節(jié)上的修訂內(nèi)容請查閱ISO11960：2020[2]。文獻(xiàn)[6]對APISpec 5CT：2018[7]與APISpec 5CT：2011[8]的進(jìn)行了對比，也可參照。

此外，ISO 11960：2020版也根據(jù)上述修訂內(nèi)容對標(biāo)準(zhǔn)整體進(jìn)行重新編輯、排序，對一些語言描述和表格進(jìn)行編輯完善，正文表格增加了序號，使可讀性更強。

3 結(jié)果與討論

ISO 11960：2020與ISO 11960：2014版相比，很多內(nèi)容進(jìn)行了修訂。主要修訂內(nèi)容為：刪除了對鋼級的分組；去掉了M65鋼級；修改了酸性介質(zhì)環(huán)境服役鋼級制造的鋼管的無損檢測要求，詳細(xì)列出了對無損檢測人員的要求；刪除產(chǎn)品規(guī)范等級（PSL）規(guī)定，將更高性能要求作為補充要求整合到正文或附錄A中，附錄A有了更多新要求；在附錄H中增加了高抗擠鋼管的內(nèi)容。

整體上，本次修訂使得ISO 11960：2020更符合市場和用戶的需求，去掉了市場上很少應(yīng)用的內(nèi)容（如M65鋼級），一些檢測方法或規(guī)程要求更嚴(yán)格。

但本次修訂也有不足之處，例如：

1）去掉了產(chǎn)品規(guī)范等級，用戶如需較高性能產(chǎn)品，需與生產(chǎn)廠家協(xié)商增加供貨技術(shù)條款，增加了選用靈活性，對用戶也提出了更高的技術(shù)能力要求。

2）由于種種原因，ISO和API漸行漸遠(yuǎn)，ISO 11960：2020與APISpec 5CT：2018有了不少區(qū)別，需要加大推廣應(yīng)用的力度。

3）雖然將高抗擠要求納入了標(biāo)準(zhǔn)，但未明確高抗擠鋼管強度分級要求，擠毀強度規(guī)定由生產(chǎn)廠家確認(rèn)并保證，各生產(chǎn)廠家之間不統(tǒng)一，沒有徹底解決用戶方便選用的問題。管研院將繼續(xù)對高抗擠套管進(jìn)行研究，與ISO組織溝通，爭取將Q/SY 1394—2011大部分內(nèi)容用于修訂或新制定ISO標(biāo)準(zhǔn)，為提升中國在國際標(biāo)準(zhǔn)中的話語權(quán)做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。