油井管標準化及非API油井管標準體系

方 偉 許曉鋒 徐 婷

中國石油集團石油管工程技術研究院 （陜西 西安 710065）

油井管標準化及非API油井管標準體系

方 偉 許曉鋒 徐 婷

中國石油集團石油管工程技術研究院 （陜西 西安 710065）

概述了標準對油井管技術發展的作用及油井管發展現狀，回顧了油井管標準化的發展歷程，分析了油井管標準化的現狀及新形勢下面臨的挑戰，探討了非API油井管標準體系產生的必要性及初步標準體系框架。指出，隨著非API油井管標準體系與標準的提升和完善，油井管技術將步入健康發展的軌道。

油井管 標準化 標準體系

標準對油井管技術發展的作用及油井管發展現狀

1 技術標準對油井管技術發展的重要作用

標準產生的基礎是科學、技術和實踐經驗的綜合成果，它是生產、科研、設計管理部門和企業共同遵守的準則和依據。油井管工程的發展同樣離不開標準，它是聯系油井管科研、生產、使用三者之間的橋梁。油井管領域的研究成果，一旦納入相應標準，就能得到迅速推廣和應用，因此，標準可使油井管領域的新技術和科研成果得到推廣和應用，從而促進油井管工程的技術進步和發展。

過去我國油井管一直依賴進口，在訂貨和檢驗中，主要以美國石油學會（API）標準為依據。由于早期的API標準主要注重于型式和參數的一致性，對材質要求不嚴，造成許多符合API標準的產品在使用中發生失效事故。如20世紀80年代按API Spec 5D訂購的鉆桿，在內加厚過渡區刺穿、斷裂；按API Spec 5CT訂購的油層套管，在大慶頻繁發生射孔開裂。這些事故均給石油工業帶來了重大損失。

中國石油集團石油管工程技術研究院（原管材研究所）與油田及各有關單位密切合作，在參照API標準的基礎上，結合其在油井管檢驗、使用、失效分析及科研工作中獲得的數據和科研成果，制定了油井管訂貨補充技術條件及油井管國外訂貨技術條件，增補了一些API標準未作規定的重要參數，包括技術要求、試驗方法和驗收規則等，制定了一系列油井管產品標準。隨著這些產品訂貨技術條件的提出和標準的完善，油井管質量逐年提高，失效事故從單純依據API標準訂貨時的鉆具失效事故每年上千起，降低到采用“API標準+補充技術條件”訂貨和采用新標準訂貨后的每年失效事故幾百起，為油田減少了事故，節約了成本，給石油工業帶來了巨大的效益。同時，由于訂貨補充技術條件的提出，促使油井管生產企業通過引進先進技術、更新生產工藝裝備，提高了國產油井管的質量[1]。

2 油井管發展現狀

油井管在石油工業中占有重要的位置。油井管在石油工業中的地位不僅表現為用量大、費用高，更主要的是其質量、性能對石油工業的發展關系重大[2]。

國際上大量使用的油井管主要依據API標準生產。近年來，油井管服役條件日益復雜和嚴酷。據統計，近30年來，全球石油天然氣井深平均增加了一倍以上，并且繼續呈快速增長的趨勢。隨著井深增加，井內溫度、壓力相應提高。近年來發展的鉆井新技術，如水平井、分支井、大位移井、小井眼鉆井，使鉆柱構件服役條件十分苛刻，對鉆柱構件結構和材料都有特殊的、嚴格的要求。高溫高壓井使套管和油管柱承受的壓力增加；在H2S、CO2和Cl-等介質單獨或復合作用下，油套管的腐蝕越加嚴重；特殊地質條件對管柱抗擠性能提出了特殊要求；新的鉆井和完井技術要求套管除具有足夠的軸向承載能力外，還應有較高的彎曲和扭轉屈服強度、彎－扭復合疲勞抗力和韌性。隨著國內油田特別是西部油氣田的開發，對油井管的技術要求越來越高，迫切需要高性能的油井管，如超高強度鉆桿、高強度抗硫鉆桿、高抗扭鉆桿，高抗擠套管、抗H2S或CO2腐蝕油套管、特殊螺紋接頭油套管，適應可膨脹管技術、套管鉆井技術、連續管鉆井技術等鉆井新技術的油井管。僅符合API標準的油井管已經無法滿足使用要求，高性能的非API油井管得到迅速發展[3]。

國外油井管主要生產商是Teneris、V&M兩個跨國集團，日本鋼管聯盟、俄羅斯TMK集團和美鋼聯等。這幾家公司以其完整的產業結構、強大的開發能力，不斷開發出新產品以適應國際石油行業發展的需要，基本上控制了高端油井管的技術和市場，年產量已達700多萬t[4]。

我國是油井管制造大國，但不是強國?？傮w上，國產油井管嚴重供大于求，但部分高端產品仍依賴進口。2008年，全球油井管消耗量1 350×104t，我國油井管產能已達 850×104t（約為全球的 2/3）。2008年底，實際產量660×104t（接近全球的1/2），消耗量283×104t（國產 261.4×104t，進口 21.6×104t），占我國無縫鋼管表觀消費量的20%；出口量398.6×104t，約占全球油井管需求量的30%，占我國鋼管出口量的40%。以上數據表明，我國確屬油井管生產、消費大國和全球供應基地。2008年國內特殊螺紋接頭油套管使用量約18×104t，占油井管總用量的8%，與世界平均用量水平（21%）相比還有較大差距。特殊螺紋接頭油套管國產化率僅為55%左右。2007年，中石油、中石化、中海油、延長油礦四大石油公司消耗的230×104t油井管中，進口 24.6×104t，占 10%；2008 年消耗的 283×104t油井管中，進口 21.6×104t，占 7.6%。盡管進口油井管所占比例在逐年減小，但進口油井管的絕對量變化不大，且進口油井管多屬高端產品[4]。

非API油套管的鋼級約有110多種，大大超過API鋼級的數量。非API鉆桿也包括繁多的品種，如超高強度鉆桿、高韌性鉆桿、限制屈服強度鉆桿、強酸性環境用鉆桿等，以及各種創新接頭型式和螺紋的鉆桿等。國內外已開發有200多種特殊螺紋接頭專利和專有技術。據不完全統計，在中國實際投入油田應用的特殊螺紋接頭大約在40～50種。當前，非API鋼級油井管已占油井管總量的35%，其中，特殊螺紋接頭油井管約占21%[3]。非API油井管在我國西部油氣田勘探開發中發揮了重要作用，其中塔里木油田非API油套管實際使用量已達60%[5]。

油井管標準化發展概況

1 油井管標準化發展歷程

自20世紀20年代，API就開始制定石油工業設備材料產品規范和標準。長期以來，API標準作為事實上的“國際石油工業標準”，為世界石油工業所接受和采用。最初我國的油井管產品標準直接采用API相關標準，但符合API標準的油井管在使用過程中頻發失效事故。

中國石油集團石油管工程技術研究院自1987年開始參與API標準化工作以來，注意研究API標準化有關資料，跟蹤API標準化的發展動態。針對API油井管在油田使用過程中出現的質量問題，結合大量的科研成果，向API提交了如鉆桿內外加厚過渡帶結構、材料韌性、鉆桿接頭焊接技術條件和提升短節等內容的提案。經過積極努力，這些提案均獲得API認可并寫入有關標準中，促進了石油管材生產技術的發展和質量水平的提高，為油田帶來了可觀的經濟效益。1990年，提出并制定了油井管訂貨補充技術條件，針對API標準中未作規定或要求較低的性能指標提出了補充或更高的要求。之后，又先后制定了石油天然氣行業標準SY/T 5990-94《套管國外訂貨技術條件》、SY/T 5989-94《直焊縫套管國外訂貨技術條件》、SY/T 5561-92《摩擦焊接鉆桿焊區技術條件》、SY/T 5987-94《鉆桿訂貨技術條件》等，保證了進口油井管的質量，維護了油田的利益。

標準體系是一定范圍內的標準按其內在聯系形成的科學的有機整體。直至20世紀80年代，我國尚沒有一套油井管標準體系，除主要的產品標準直接采用API標準外，僅有幾個方法標準。1985年，由原石油工業部組織制定了 《石油工業標準體系表》（第1版），石油管材專業標準體系為其中的一個部分。該體系實施5年來，作為制修訂石油管材標準年度計劃的依據，對促進石油管材專業標準化工作范圍內的標準組成科學合理化起到了一定作用。但是隨著我國標準化法的頒布及標準化方針政策的調整、石油工業標準化工作的不斷深入發展，以及最初對編制標準體系認識的局限性，該體系已不適應當時新形勢的需要。

1990年，在原中國石油天然氣總公司科技發展局和石油工業標準化技術委員會共同組織下，對該體系進行了第一次修訂，并出版了第2版體系表。隨著我國改革開放和社會主義市場經濟的建設，石油工業面臨著深化改革、轉換經營機制和與國際接軌的新形勢,為貫徹原中國石油天然氣總公司“以經濟效益為中心，加快發展”的新思路，1996年由石油工業標準化技術委員會組織，在前兩版的基礎上，經過“七五”、“八五”10年的標準化工作實踐，不斷總結、完善，編制出版了第3版標準體系表。

該版體系編制的指導思想是：①貫徹國家有關石油工業發展的技術經濟政策，體現石油工業以經濟效益為中心的發展新思路，以及勘探開發生產經營活動的專業特點，統籌規劃，突出重點，注重實用；②以“直接采用、實踐驗證、補充修訂”的國家“采標”方針為指導，積極貫徹國家采用國際標準和國外先進標準的政策，為石油工業與國際接軌創造條件。原則上突出石油天然氣工業特點，在有關的產品、方法、工藝標準中強調成套性、系統性和整體性。該版體系表中，油井管標準共計29項，其中基礎標準5項，產品標準4項，方法標準20項。已制定標準12項，除4項產品標準外，其余為油井管無損檢測方法標準或螺紋檢測方法標準。

自2001年，石油工業標準化技術委員會明確要求對標準體系實行動態管理，各專業標準化委員會可根據本專業的實際需要每年對體系進行適當的調整，建立結構科學合理、技術先進適用、標準協調配套的石油天然氣行業標準體系，以適應我國石油天然氣行業發展的需要，適應與國際接軌的需要，進一步發揮標準化工作在促進經濟貿易發展和科學技術交流方面的積極作用。

2 油井管標準化現狀

通過多年的努力，在石油管材專業標準化技術委員會的組織下已建立了一套較完善的油井管標準體系，基本滿足了油田日常的勘探和生產需要。目前，該體系中油井管標準共計62項，其中基礎標準9項、產品標準27項、方法標準26項，產品標準涉及油氣田勘探與生產所使用的各類常規油井管產品及配套的涂鍍層、螺紋脂等，方法標準涵蓋了上述產品相關的檢驗、評價、分級、作業等，以及使用與維護、選用等推薦作法等。已制修訂的標準有45項，約占整個體系的72%。該體系較石油管材標準體系（第3版）無論是在標準數量上還是質量上都有了很大的提高。

美國石油學會認為，API標準國際化符合世界經濟發展的趨勢，有利于提高API的國際地位，API標準通過國際化，可以在國際上獲得更多的認同和接受，可在更深層次上影響ISO標準的制定，并能將API標準推廣到尚未建立標準化體系的國家和地區，最終為API成員和美國石油工業獲得更大的利益。

國際標準化組織ISO/TC 67“石油石化和天然氣工業用材料、設備和海上結構技術委員會”成立較早，但由于API的存在，最初基本沒有開展工作。隨著世界經濟一體化趨勢和世界貿易組織的建立，為了維護API的國際化地位，在API倡議下，ISO/TC 67于1987年恢復工作，API擔任ISO/TC 67的秘書處工作。在此條件下，大量API標準提交ISO/TC 67采用。近年來，隨著國際經濟一體化的進程加速，ISO/TC 67加快了工作進度，API和 ISO已達成協議，共同制定一致的標準，雙方同期立項、同期審議、同期批準發布的第一項標準就是套管和油管標準[1]。目前，ISO/TC 67和API共同制定的油井管標準已有十余項。

采用國際標準和國外先進標準是我國的一項重要技術經濟政策，是技術引進的重要組成部分。近年來，石油管材專標委在油井管標準化工作中積極采用ISO/API標準，跟蹤ISO/API的步伐，建立與ISO/API之間的信息通道，并積極提交ISO/API標準提案。在現有的油井管標準體系中，采用ISO和API標準制定國家或行業標準的項目有21項，已向ISO/API提交提案十余項。目前在征集新提案的同時，積極跟蹤已提交提案的落實情況。

3 油井管標準化面臨的挑戰

為了滿足油田的勘探開發生產需要，國內外部分骨干生產企業均在開發非API油井管。鉆桿、套管、油管都形成了品種繁多的非API鋼級，并在中國逐步推廣使用。2008年，國產特殊螺紋接頭油套管產量已達到13×104t。目前，國內非API油井管產品種類繁多，用途各異，性能滿意率差別很大；防腐措施也是多樣化，有使用耐蝕材料，也有加注緩蝕劑，還有使用涂層、雙金屬復合管、非金屬管、陰極保護等，效能很難評價。非API油井管質量和性能往往不能滿足或不能完全滿足要求。

由于缺乏非API油井管系列標準，包括產品標準、檢測評價標準、設計標準和現場使用規范等，致使產品開發與生產呈復雜化，油田管理難度大，管柱設計和管材選用不當，加上對工況條件和特殊工況管材適用性的研究和認識不足，一定比例的非API油井管產品仍出現質量問題，給油田勘探開發造成巨大的經濟損失。非API油井管在油氣田大量使用，比例不斷攀升，要求統一協調的呼聲很高。油井管標準化工作將面臨新的挑戰。

自2003年，石油管材專標委將“實施標準化戰略，促進油井管工程技術的發展，維護石油工業的利益”確定為油井管標準化工作的指導思想。標準化作為引領油井管工程技術發展的龍頭，建立非API油井管標準體系，制定非API油井管標準勢在必行，這也將是近幾年油井管標準化工作的重中之重。

非API油井管標準體系

非API油井管，自20世紀90年代以來，在國外倍受重視，發展很快，而且SHELL、BP等跨國公司頒布了有關的標準、規范和手冊。而我國在這一領域還處于起步階段，尚未建立起系統的標準與規范。中國石油集團石油管工程技術研究院“九五”、“十五”期間在該領域開展了大量的研究工作，取得了重要的研究成果，探索了非API油井管檢驗試驗方法，對API標準試驗方法進行了優化，并結合我國特定油田工況，編制了部分管材實物實驗程序和腐蝕評價準則，組織進行了一系列的特殊螺紋油套管的評價試驗，促進了這些特殊螺紋產品在中國油氣田的應用。作為石油管材專標委秘書處單位，管材所組織開展了非API油井管標準化研究，對非API油井管的生產實際、現場使用和標準化情況進行了深入、廣泛調研。為了促進非API油井管的標準化和規范化，提出聯合部分科研院所及生產企業開展工作的建議，以JIP（聯合工業項目）為平臺，逐步建立和完善我國非API油井管標準體系。

非API油井管技術標準化就是對非API油井管產品做出規定，集中優勢技術和產品，提出協調統一的標準要求。實質就是對非API油井管性能與質量達到的水平劃出明確界限，進而顯示不同技術和產品的水平高低。

非API油井管標準體系建立的原則：以目標油氣田為導向，集中優勢技術，制定適用、規范、經濟、可靠的標準，由油田應用技術、生產企業產品制造技術、第三方機構檢測評價技術組成。主要有：①產品標準：功能規范，用途、制造、規格、性能、檢驗等，技術要求的協調統一；②應用標準：設計規范、選用規范、驗收檢驗規范、操作指南、失效分析與質量監督等；③評價標準：實物模擬評價程序和試驗方法，安全性、適用性、可靠性評價方法等。

通過建立非API油井管標準體系，走集中（集中一個目標，就是實現油井管生產和技術強國）、統一（模式、標準）、規范（規則、要求）的模式，形成研發、制造、選材、設計、評價、驗證、使用的成套技術，使油井管技術步入健康發展軌道，逐步達到世界先進水平，實現油井管產品國產化程度高、水平高端化程度高的目標，實現質量、安全、效益的高度統一，以能源需求以及石油、鋼鐵、制管發展為契機，達到油井管工程與石油工業的共同發展。

目前，中國石油集團石油管工程技術研究院以“非API油井管開發與應用技術研究”重大專項為先導，已初步建立了非API油井管標準體系，并組織編制了20余項標準。其中產品標準有高抗擠套管、膨脹套管、抗硫鉆桿、耐蝕合金套管和油管等；應用標準有腐蝕環境中油井管選用推薦作法、特殊螺紋檢驗驗收方法、油井管失效分析推薦作法等；評價標準有鉆桿適用性評價、套管和油管螺紋接頭性能評價方法等。雖然這些標準的技術內容還有待完善，但這些標準的出臺標志著我國在非API油井管領域將會取得長足的發展。

今后，油井管標準化工作任務還很艱巨，在繼續做好現有油井管標準體系規劃項目的制修訂工作的同時，還要進一步健全非API油井管標準體系，不斷修訂完善非API油井管標準，并力爭將這些標準提升為中石油集團企業標準或石油天然氣行業標準，充分發揮其在油井管領域的技術引領作用，為促進非API油井管的國產化，為油氣田開發提供經濟、適用和可靠的油井管產品技術支持與服務。

結 論

（1）技術標準在促進我國油井管技術發展方面發揮著至關重要的作用。采用“API標準+補充技術條件”保證了進口油井管的質量，促進了油井管的國產化。

（2）隨著油井管服役條件日益復雜和嚴酷以及鉆井新技術的應用，符合API標準的油井管已經無法滿足使用要求，高性能的非API油井管得到迅速發展和使用。

（3）經過幾十年的發展和不斷完善，我國已擁有一套較完善的油井管標準體系和40多項油井管標準，基本滿足了油田日常的勘探和生產需要。

（4）面對國內外種類繁多、質量各異的非API油井管產品，必須建立一套涵蓋產品、應用、評價標準的非API油井管標準體系，以促進油井管技術健康發展。

（5）已初步建立了非API油井管標準體系，并編制了部分標準，但該體系及標準還需進一步提升和完善，以發揮標準化在油井管領域的主導地位和引領作用。

[1]樊治海，方偉.實施標準化戰略，促進“油井管工程”發展[J].石油工業技術監督，2004，20（2）:14-19.

[2]李鶴林，韓禮紅.芻議我國油井管產業的發展方向 [J].焊管，2009，32（4）:5-10.

[3]李鶴林.油井管發展動向及若干熱點問題[J].石油機械，2004，32（特）:1-5.

[4]李鶴林,田偉,鄺獻任.油井管供需形勢分析與對策[J].鋼管,2010,39（1）:1-7.

[5]呂拴錄，張福祥，李元斌，等.塔里木油氣田非API油井管使用情況分析[J].石油礦場機械，2009，38（7）:70-74.

Based on the outline of the role of standards in developing OCTG technology and the status of OCTG,the review is given to the developing history of OCTG standardization,followed by the analysis of the status of OCTG standardization and the challenge confronted under the new situation.And then the necessities of establishing non-API system of OCTG have been discussed,together with the framework of primary standard system.At last,it is presented that the technology of OCTG will step to the health development route with the improvement and perfection of non-API standard system of OCTG and its standards.

oil country tubular goods(OCTG);standardization;standard system

方偉（1968-），女，高級工程師，碩士，主要從事石油管材的標準化管理工作。

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2010-05-17