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    随着浅表层油气资源的枯竭，对油气的开采越来越朝深井化方向发展，油井环境日益恶化。这就要求开发出具有更高质量的管线管和油井管(OCTG)一钻杆、套管和油管。日本住友公司为生产高质量油井管和管线管做了大量的研究与开发工作，努力为那些更为恶劣的应用环境生产出性能优异的管道产品。

 
　　多数管道都用在油气领域。具有代表性的是用于油气井钻探与生产的油井管(OCTG)，以及用于原油和天然气海底及陆上输送的管线管。日本本土几乎不产油气，但日本生产的优质油井管和管线管却正在为全世界的原油输送做出贡献。这些强度高、抗蚀性好、性能卓越的日本高科技产品具有世界领先的水平。

 
　　以下介绍的是住友金属近年来在油井管和管线管研究方面取得的进展，以及未来的发展趋势。

 
一、油井管

 
产品种类

 
　　油井管可大致分为钻杆、套管和油管。钻杆用于油井钻探，故要求具有抗磨损，抗疲劳和抗腐蚀性能。套管在钻探开以后插入油井，与混凝土一起敷设以防止地层压力造成的挤毁。油管置于套管之中，用于采集油气。由于油管内腐蚀性液体的流动，故须根据腐蚀情况选用各种抗腐蚀产品。

 
　　住友公司主要生产套管和油管。

 
生产方法

 
　　油井管大多使用可靠性较高的无缝管。但随着焊接技术的进步，电焊管正在逐步占领无缝管市场。

　　由于油井管是采用接头而不是焊接方式连接，故通常选用适合用正火或淬火和回火进行热处理的高碳钢来作碳钢无缝管、低合金钢无缝管和13Cr钢无缝管的制管材料。不同于双相产品，高合金产品需经冷加工(如冷拔或冷挤压)才能达到油井管要求的高强度。

 
油井管用钢材

　　油井钻得越来越深，其开采深度已超过10，000米。因油井管靠接头连接，要承受静负载，井越深对油井管的强度要求就越高。这一点可以清楚地从API标准中对油井管技术要求的变化上看到。油井管的强度一直在逐步提高--从H40和J55到N80再到P110。目前主要的强度级别是80ksi。

 
　　自上世纪40年代对凝析气井进行开采以来，地层中所含的H2S和CO2气体对钢材的腐蚀现象就一直是令人感到棘手的问题。为解决这个难题，日本住友公司研究和开发了各种类型的高抗蚀油井管。碳钢和低合金钢管材适合用于不含CO2的环境，可用于酸气(H2S)和甜气(不含H2S)环境。13Cr以上的高合金产品适合用于CO2环境，具体产品的应用取决于H2S分压和温度情况。

 
　　以下介绍的是油井管用钢材的冶炼和生产技术：

 
　　--抗硫化物应力腐蚀裂纹(SSC)的低合金钢

 
　　上世纪50年代发现，油井管的硫化物应力腐蚀裂纹(SSC)系潮湿的H２S环境中钢材腐蚀所致。在SSC内，高硬化的显微组织是裂纹发生的诱因。因此，获得晶粒细小且组织均匀的钢材显微组织对产品的抗SSC性能影响极大。一般满足此要求的办法是通过降低P和Mn的含量来防止出现显微偏析和晶界偏析。而均匀的显微组织可通过淬火和回火，控制合金成分以及热处理工艺等方式获得。上世纪60年代就已开发成功抗SSC的低合金钢油井管，且自那以后油井管强度级别一直在提高(C75、C90、T90和 C110)。在这些钢级中，强度达到T95的钢材用于生产油管；强度超过T95的钢材则用于生产套管。

 
　　--抗CO2腐蚀和抗CO2／SSC腐蚀的含铬钢及高合金钢

 
　　碳钢在低硫油井中因局部腐蚀造成的腐蚀性重量丢失。增加铬含量可以防止这类腐蚀，13Cr钢(AISI 420)广泛用于C02环境。对用于制造油井管的无缝管而言， 13Cr钢的碳含量为0.20％左右。

 
　　在H2S和CO2共存的环境中，13Cr钢对SSC高度敏感，因此通常都选用22～25Cr双相不锈钢。这种双相不锈钢的特点是通过冷加工易于达到更高的强度。最近，住友公司开发了适用于微量H2S和CO2共存环境的增强型13Cr钢。这种钢材与传统13Cr钢(AISI 420)的区别是降低了碳含量，增加了抗蚀性能良好的Cr含量，并加入了钼，从而增强了钢材的抗H2S性能。

 
　　在高温、高H2S分压的更为恶劣的环境中，则适合采用高镍合金钢。由于含镍量高，这种高合金钢在高H2S分压环境中其外层可形成抗腐蚀的镍一硫膜，内层形成氧化铬薄膜，同样具有防腐作用，适宜生产油管。

 
API规范对油井管强度的要求随钻井的深度增加适合不同井况的各种油井管

 
　　--抗挤毁的碳钢和低合金钢

 
　　油井管还需具有抵抗地层压力所致挤毁的性能，管体的圆度和壁厚的均匀度是提高其抗挤毁性能的重要因素。

 
二、管线管

 
产品种类和生产方法

　　管线管分为集油(气)管线、输油(气)管线和干线输送管线。集油(气)管线从井里采集原油和天然气；输油(气)管线将采集到的油气输送至进行脱水／脱硫处理／净化装置或工作平台。由于集油(气)管线和输油(气)管线要接触腐蚀性介质，故通常采用口径小、管壁厚的无缝钢管。

 
　　干线输送管线将经过脱水处理的油气长距离输送至消费中心。为保证输送效率，干线输送一般采用大口径焊接钢管，目前选用的主力管型是UOE焊管。其生产工艺是先轧成U形，再轧成O形，然后进行焊接。

 
管线管用钢材

　　由于管线管是靠焊接方式来连接，故要求所用钢材不仅要具备高强度、高耐蚀性，还要具备良好的焊接性能。为了满足这些要求，管线管通常采用低碳钢制作。另外，因大多数管线都敷设在寒冷地区和沿海地区，故管线钢材还须具备良好的低温韧性。

 
　　目前国际上较成熟的管线管强度级别是APIX-65。但近年来已对管线管的强度级别提出了更高的要求。此外，管线管还必须具备与油井管相当的抗CO2和抗H2S腐蚀性能。

 
　　以下介绍的是管线管用钢材的冶炼及生产技术：

 
　　--高韧性的碳钢

　　对用于寒冷地区的干线输送管道的低温韧性要求非常严格。过去这类钢板都是采用控轧工艺生产，近年来控轧工艺已发展为热形变控制工艺(TMCP)，该工艺将控轧工艺同轧后加速冷却工艺相结合。目前日本广泛采用TMCP工艺，轧出的钢板强度高，碳当量低，从而极大地改善了管线管的焊接性能。

　　--抗氢致裂纹(HIC)的碳钢

 
　　在潮湿的H2S环境中，管线管不仅对硫化物应力腐蚀裂纹(SSC)敏感，还对氢致裂纹(HIC)敏感。采用TMCP工艺轧制的钢板可以防止氢致裂纹。恰当的加速冷却工艺可以防止碳的偏析，从而提高钢材抗HIC的性能。另外，TMCP工艺轧出的钢板具有均匀的显微组织，可大大提高管线管的抗SSC性能。

　　--抗CO2腐蚀和抗CO2／SSC腐蚀的含铬钢及高合金钢如前所述，13Cr钢具有很好的抗CO2腐蚀性能，但却很少用作管线管的材料，其原因是13Cr钢含碳量较高，导致可焊性和焊接韧性都差。因此，过去对在CO2环境中使用的碳素钢采用的是添加缓蚀剂(腐蚀抑制剂)来确保耐蚀性，或者是采用焊接性能和抗蚀性能均好的双相不锈钢作为管线材料。

 
　　最近，住友公司已将含碳量较低的增强型13Cr钢用于管线管的制作。因为增强型13Cr钢有比传统13Cr钢抗蚀性能及焊接性能更好，且比双相不锈钢成本更低的优点。对于H2S分压高的环境则选用复合管或衬套管。这类钢管内层为碳钢或低合金钢，外层为高合金钢。既有高强度、高韧性的优点，又有抗腐蚀性能卓越的优点。

 
对管线管的更为严格的性能要求

 
日本钢铁企业生产的高等级油井管和管线管

　　油井管和管线管在日本的管材生产中占有极大的份额。目前世界油井管和管线管的三大生产中心是日本、欧洲和南美洲。

 
　　住友金属一直致力于开发高强度、高抗腐蚀的油井管和管线管，同时也提高了自身的生产技术水平。这些高性能的产品已获得稳定的效益，其中最具代表性的是 13Cr钢管产品(包括增强型13Cr管材产品)。

 
三、未来趋势

从油到气

　　因天然气排放的CO2较少，故能源使用的现行趋势是从石油向天然气的稳步过渡。与石油的输送不同，气体输送进程中采用高压操作，可提高生产和输送的效率，导致市场对高压输气干线的需求量不断增加。因此高压输送管线管钢材强度也必须相应提高。另外，为提高气井生产效率，要求油井管口径更大，管壁更薄，通过提高管线钢强度即可达到减薄管壁的目的。

 
　　油井管和管线管的强度在今后10～15年内将逐年递增，而且，据预测，这种趋势还将继续。住友公司正在着手考查C110及以上钢级的油井管和X80及以上级别的管线管的使用情况，这些高强度的管材很快将投入使用，与其使用相关的边缘技术也将得到进一步的改进。

 
环保问题
 

　　用于油井管接头的润滑剂通常都含重金属。随着环保问题日益受到关注，这类润滑剂的使用已经受到限制。现在主张的是使用不含重金属的润滑剂和不需渤口润滑剂的接箍，或者是采用新型的连接技术(干连接技术)。

 
　　在管线管领域，使用缓蚀剂会对环境造成污染。就油气输送管道而言，采用抗蚀性能优异的管材比用缓蚀剂更利于环保，也更经济。经研究发现，在含微量H2S的环境中，可用成本相对低的增强型马氏体13Cr钢替代双相不锈钢。从目前隋况来看，增强型13Cr钢的使用量已越来越大。

 
新型生产技术

　　小规模油田和水平井将不断增多，蛇形油管适合此种应用。蛇形油管在现场开卷并插入井中，生产结束后还可用于其他井的开采，故可降低生产成本。在油气井开发中，开采成本占较大的份额，因此，住友公司已经在进行用于小眼井的可膨胀套管的试验工作，采用可膨胀套管可以大幅度降低开采成本。

 
　　在管线管领域，敷设海底输送管道已越来越多地采用卷筒铺管法。其原因是，与过去采用的S形铺管法或J形铺管法相比，卷筒法可以降低铺设费用。12“或12”以下的小口径无缝管都采用卷筒法敷设。

 
海底管道的铺设方法

　　为了降低管线管的施工成本，日本住友公司正在进行现场高速焊接技术的研究试验。这种采用高能激光束和低压电子束进行的所谓“一道次”焊接工艺已成为研究的热点。

　　20世纪可称为石油的时代。日本生产的大量管材已为全球原油的持续供应做出了贡献。21世纪人类面临的中心任务是节约能源和全球环保。基于此，住友公司的研究重心将直接着眼于继续提供能够满足上述紧迫需求的各类管材。

责任编辑：米阳