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      ERW石油套管的應用及市場分析

      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、質量易于 控制以及成本低等優勢。在發達國家,ERW套管已取代了相當一部分無縫套管,用量占套管 總用量的50%以上。我國在這一領域起步較晚,但近幾年ERW套管的使用比例已有所擴大。 分析了國內外ERW套管的生產制造現狀和油井管的實際使用情況,可以看出,隨著鋼材冶煉 技術的發展,ERW套管將會進一步擴大其在油井管中的比例。
      關鍵詞:石油套管;ERW套管;無縫套管
      在石油鉆采用油井管領域中,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 勢,在國外得到了廣泛的應用,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 巨大進步,但最為廣泛應用的N80鋼級ERW套 管的生產制造在國內仍為空白。
      1 ERW套管的特點
      1. 1 ERW套管(與無縫套管相比)的技術優勢 (1)尺寸精度高
      ERW套管在成型后采用了機械定徑工藝,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 新日鐵公司生產的。244.5 mm ERW套管的壁厚 標準偏差<0.10 mm,而相應的無縫套管的標準 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 強度高30% -40%,抗爆性能(內壓強)高50% 左右。
      (4)工藝先進,產品質量控制好
      ERW套管母材為控軋卷板,呈各向同性,可 100%進行無損探傷。
      (5)成本低
      與同類無縫套管相比,ERW套管的成本低 5% -10%,生產效率高,機械化、自動化程度高, 生產能耗低;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 項目投資也比無縫套管項目低40%。
      標準要求的ERW鋼管與無縫鋼管幾何尺寸 比較見表1。
      1. 2 ERW套管的技術特點
      (1)原料選用控軋卷板,嚴格控制S和P含 量以及碳當量,通常ω(S)小于0.015% ,碳當量 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行連續生產,不存 在由于卷對卷間歇生產引起的焊接停頓,導致重 新起焊時由于焊接電流、電壓不穩定而產生產品 質量缺陷。
      (4)普遍采用先進的液壓去除內毛刺工藝, 套管的內毛刺高度控制在1.14 mm內。
      (5 )焊接參數嚴格,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的速度-功率閉環控制,波動控 制在±5攝氏度以內。
      {6)重視焊后熱處理,通過焊后熱處理改善 焊縫區組織及內應力。
      (7)采用高強度定徑機組,減徑量大,成品精 度好。
      (8)對焊縫及鋼管整體進行在線或離線無損 探傷,及時準確地發現缺陷,以便及時調整生產工 藝,保證產品質量。
      2 ERW套管的應用
      2.1國外ERW套管的應用
      美國是最早使用ERW套管的國家,也是用 量最大的國家。ERW套管應用發展的歷程大體 可分為三個階段:
      第一階段是ERW套管開始應用及被市場認 識階段。20世紀60年代,ERW套管開始進人石 油專用管材領域,以其質量、價格等優勢而被認 可,但當時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80年代初,隨著N80級板材的試驗 成功和人們對ERW套管認識的提高,使ERW套 管的應用以每年5% -10%的比例迅速增長。美 國權威管材統計機構Preston公司對美國ERW油 井管與無縫油井管應用的調查數據見表2。表2 中油井管總量統計中包括了油管、套管和鉆桿,鉆
      桿不用焊管,應扣除它所占7%的比例,這樣, ERW油、套管在美國的應用所占比例均已超過 50%。日本新日鐵公司累計出口ERW油井管 120 X 104 t,使用最長年限已有12年,沒有用戶反 映任何產品質量問題。法國、俄羅斯等國的ERW 油、套管應用比例已達20% -30%。
      第三階段是ERW套管向特殊用途套管和超 深井方面發展階段。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等復雜介質 油井的應用。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ERW套管的應用
      20世紀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 管的引進與試用。1985年原石油部從日本引進了少量ERW套管進行試驗,其中大部分為J55鋼級 的表層套管。1985年至1999年,我國進口日本 ERW套管共計32 X 104 t,先后在大慶、勝利、遼河、 中原、長慶等油田進行了應用試驗,鋼級有J55和 N80,套管直徑為127 -508 mm(5 -20 in)。作者曾 對國內所有ERW套管的用戶,就油井、下井深度, 施工單位,套管規格,螺紋類型,下井、固井時間及 使用情況等進行了深入調查,并匯總分析。
      在調查中發現,所有的ERW套管,無論是表 層套管、油層套管、還是深井試驗,均使用良好,未 見失效報道。原石油工業部科學技術司曾于 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套管的開發研究及其 推廣應用項目"的評審鑒定,鑒定意見為"全部 試驗結果表明,ERW套管不但能達到表層套管和 技術套管的要求,而且能滿足油層套管的技術要 求。因此,本成果具有很高的使用價值和經濟效 益。ERW套管生產成本低,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 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氣體介質的油井中使用。但近10年 來,隨著冶金工業技術的不斷發展,現在生產的 ERW套管已可用于含H2S及CO2氣體介質的油 氣井中。
      中國石油天然氣集團公司于1994年制定了 石油天然氣行業標準SY IT 5989-1994 ~直縫焊 管國外訂貨技術條件》。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 套管在國內沒有大面積推廣,其應用比例不足套 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,借鑒國外的先進管理經 驗,使ERW套管生產線的年產量突破7 X 104 t, ERW套管在國內的使用量才得以增加,目前已達 到10%。近幾年同內ERW套管的應用情況見 表3,勝利油田ERW套管的應用情況見表4。
      國內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 線設備能力所限,不能生產占套管市場用量80% 的N80鋼級的ERW套管,致使ERW套管在國內 還沒有大面積推廣應用。
      通過ERW套管在國內近20年的推廣與應 用,大面積推廣應用的時機現已成熟。
      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套管的生產現狀
      國外ERW套管的生產同其使用一樣,也大 體分為三個階段:
      第一階段是ERW套管開始生產與試驗階段。
      同際上最早生產ERW套管的國家是美國,早在20 世紀60年代初,隨著高頻感應焊接技術、計算機向 動控制技術以及多探頭無損檢測等技術的進步,使 得ERW套管的質量得以保證,并以其質量穩定、價 格低廉等優勢而被嘗試使用。但限于當時鋼材的 冶煉加工水平,產品僅限于低鋼級的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套管的生產量不大。
      第二階段是ERW套管大批量生產制造階 段。隨著超純凈冶煉技術、控制軋制技術的提高,
      80級板材的試驗成功,使ERW套管用量迅速增 加。日本、德罔等開始大量建設ERW套管生產 線,20世紀80年代初,全世界約有17個國家的 42家公司(T廠)生產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ERW油套 管約70 X 104 t,占當年油套管總產量的22% ,美 國用ERW鋼管生產的油套管占其總量的40%以 上,日本有關方面則認為,76.8%的油套管可用 ERW鋼管來生產。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展 階段。ERW套管憑借其性能良好、精度高、成本 低等優勢,逐步向特殊用途套管發展,如高抗擠壓 套管、高強度套管、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Q125,LS125和LS140鋼級ERW套管(全管 體調質熱處理) ,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ERW套管的生產狀況
      我國直縫焊套管的生產開始于20世紀90年 代初,中國石油天然氣集團公司下屬的寶雞石油 鋼管廠引進美國PMC先進生產工藝和設備,建成 了罔內首條年產能10 X 104 t的J55鋼級表層套 管生產線。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,引進日方 先進的管理經驗,使年產量首次突破7 X 104 t,產 品質量也有了新的提高,得到同內各油田用戶的 廣泛認可,取得了可觀的經濟效益。
      目前,國內能夠批量生產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,國內還沒有能力生 產,制約了ERW套管在國內的大面積推廣應用。 3.2 ERW套管的買方市場
      3.2.1國內ERW套管的市場需求
      近年來,我國石油年產量在1. 6 X 108 t左右, 天然氣產量也迅速增加,2001年產量已達294 x 108 m3。我國每年鉆井5000-6000口,進尺 (2000 -2500) x 104 m。隨著油氣井深度進一步 的加深,每米進尺消耗油井管的平均指標已從 50 kg/m增加到54 kg/m,因此國內油井管的消耗 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。發達 國家ERW套管用量占套管總用量的比例已超過
      50% ,國內按照同樣比例測算,ERW套管的年需 求量將逐步達到40 X 104 t左右。國內ERW套管 的潛在市場是相當可觀的。
      3.2.2勝利油田套管需求現狀
      1997 - 2∞3年,勝利油田套管需求量、完井 數量及總進尺見表6每年完井約1 000 - 1 500 口,平均進尺2200 m/口左右。
      2003年勝利油田套管主要供應渠道為:無縫 套管是本油田動力機械廠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數量最多,其 次為PlIO等。預計,勝利油田對N80鋼級ERW 套管的年需求量將逐步達到6 X 104 t以上。
      4結語
      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、質量易于控制以 及成本低等優勢。在美國等發達國家,ERW套管以成功取代了相當一部分無縫鋼管,用量占套管總用用量的50%以上。我國在這一領域的起步較晚,但近幾年來,隨著鋼材冶煉技術發展,ERW套管使用量以有所擴大。對現有數據的統計和分析結果表明,今后,ERW套管在油井管中所占比例將會進一步擴大。
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