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国内外石油管品种开发与标准体系建设现状分析及思考

时间:2020-05-22 10:40:34|来源:世界金属导报|浏览:|评论:0条   [收藏] [评论]

本文介绍了石油天然气工业用管材标准的制定机构API组织及其发布标准的分类及特点;分析了国内外石油管品种开发与标准体系建设现状。分析认为:应坚持规范、审慎的制标原则,上下游相互协调分…

 本文介绍了石油天然气工业用管材标准的制定机构API组织及其发布标准的分类及特点;分析了国内外石油管品种开发与标准体系建设现状。分析认为:应坚持规范、审慎的制标原则,上下游相互协调分工合作,共同完善石油管标准体系。

    1 概述

    石油管是石油专用管(套管、油管、钻杆、方钻杆、加重钻杆、钻铤等)和油气输送用管线管的总称,贯穿石油钻井、完井、采油(气)和储运工程的各个环节,是石油天然气行业重要的必不可少的原材料,其用量占石油工业用钢总量的40%以上。常规石油管产品执行的标准以美国石油学会(API)标准为主,这部分产品又称API石油管。除此以外,钢管行业还研发了大量的特殊石油管,以满足更加恶劣的地质条件、含腐蚀介质油气工况使用,这部分产品的技术要求高于API标准,不能完全按照API标准生产、检验,因此又称非API石油管。

    2 API组织及API标准   

 

    2.1 API组织

    美国石油学会(American
Pet rol eum Inst itute,简称API)成立于1919年3月20日,总部设在华盛顿,是全世界范围内最早、最成功的标准制定商会之一。1924年出版石油和天然气工业用设备的第一份标准,迄今为止,它所制定的超过500份石油、天然气化工和采油机械技术标准被许多国家采用。API制定和实施标准化纲要的目的在于促使行业广泛使用石油天然气开采工业通用的安全又可互换的设备和材料,并广泛使用已证实的完善的工程技术和作业实践。由于API标准的先进性、通用性、安全性,API标准已经为世界各国广泛采用,API组织已演变为跨越国界的石油天然气工业权威学术组织。

 

    2.2 API标准

    API“标准”(Standard)是规范(SPEC)、推荐作法(RP)和通报(BUL)的总称。“规范”(Specif ication):为便于采购者与制造商之间的沟通,为购自不同制造商及其不同时间生产的同样设备和材料之间提供互换性;以及为设备和材料在按预定方式和目的使用时,具有足够的安全而批准和发布的文件。“推荐作法”(Recommended
Practice):为在石油天然气工业或有关工业内传播已经验证的和良好的工程、设计、制造、建造、安装、试验和操作的作法而批准和出版的文件。“通报”(Bul l etin):为向石油天然气工业及有关工业通报被认为不适于作业规范或推荐作法的事项而批准和出版的文件。

    API标准所包括的内容有:1)对名词术语的定义;2)零部件分类;3)程序描述;4)尺寸规范;5)建造的准则:材料、性能、设计或作业;6)对描述材料、产品、系统、服务或作业时的质量和数量的测量;7)对尺寸配合及计量的描述等。

 

    2.3 API标准的特点

    API标准是非官方标准,其每一份规范、推荐作法和通报中,都明确地表示了它的政策性声明。API在标准化纲要中明确指出,用户和制造商是否共同参加API标准的制定,用户或法规制定部门是否参考API标准以及制造商是否遵循API标准(除许可证持有者被要求外),都完全由公司或个人决定。

    API标准是非常严谨的标准,这也是其水平和信誉的保证。这一点从API对待日新月异新产品的审慎纳标上可以得到体现。API标准的细微作风,除了表现在它的政策、规定和声明的细微性和逻辑性外,也体现在它对每项规范、推荐作法和通报的内容中。比如API Spec 5CT《套管和油管规范》,该规范篇幅长达约300页,规范中对规格参数、技术要求和检验方法力求表述完整无歧义,确保标准的准确、可执行。

    API标准非常注重版本内容的持续性。API标准紧随石油天然气工业工艺技术的发展而不断演变,最新版本与最新技术相适应。但是API标准的发展特别注重经验和资料的积累,新的版本除增添最新的成果外,对成熟的技术内容几乎不做任何修改,这样可保证各版本之间技术水平的演变具有长期的持续性,避免了因为标准版本的变化给制造和采购带来障碍。API每次改版时均会持续对新技术新产品进行纳标,结合实践经验反馈完善标准。如API
Spec 5CT《套管和油管规范》,2005年7月发布的第8版首次增加3个PSL产品规范水平,2011年6月发布的第9版第二组的抗腐蚀组别中增加C110高钢级,2018年12月发布的第10版

    增大41/2、5、51/2等三个套管规格的接箍直径。API规范无意排除对优良技术的需求,无意禁止任何人购买或生产符合其他规范的产品。API的每次改版,对多年来存在的非API系列产品纳标是非常审慎的。

    API标准特别强调互换性、安全性和良好的工程实践及作业经验,因此其实用性更强,适用范围更广。互换性解决了贸易技术障碍,极大方便了世界各国用户。安全性和良好的工程实践及作业经验,使API标准更加具备指导性和权威性,让标准使用者放心采用成功的经验。

    3 石油管品种开发现状

 

    3.1 API石油管

    API石油管通常要求产品执行并符合API标准,按照API Spec Q1《石油、石化和天然气行业质量纲要规范》建立并有效运行质量管理体系,企业通过API认证并授予API会标使用权,在许可范围内标志API会标。认为产品质量指标符合并标志API标准的产品就是API产品是片面的,是对API标准的不完整执行。API标准适用的油井管,如果没有API会标,目前看在全世界范围内不能被石油行业用户所接受。

 

    3.2 非API石油管

    虽然API标准的严谨性和科学性被广泛认可,但API标准也是被公认的门槛标准。面对不同的工况条件,虽然订购钢管符合API标准,但不满足使用工况要求;单根管子合格,但连成管柱后,不满足密封要求。这些情况极易造成石油管使用中事故频繁、减产停产。套损、油管腐蚀、疲劳损坏原因十分复杂,但石油管设计、选用及采购订货技术条件存在的问题也是不可忽视的原因之一。随着石油天然气工业的发展,容易钻采的油气越来越少,石油钻采和输送面临的实际工况越来越复杂。按API标准供应的石油管已经不能满足深井、超深井、高压气井、盐膏层、腐蚀介质井的勘探开发,以及高寒、深海、沙漠和地质灾害高发等恶劣环境下的长距离、高压、大流量油气输送。

    自上世纪80年代初开始,非API石油管的开发和应用方兴未艾,阿根廷泰纳瑞斯集团、法国瓦卢瑞克、德国曼内斯曼、俄罗斯钢管冶金集团、日本住友金属(现日本制铁)和NKK(现JFE)、美国美钢联集团等国外钢管制造企业不断开发非API石油管,并长期高价垄断世界高端石油管市场。我国的非API石油管开发起步较晚,经过近20的奋起直追,非API石油管已基本实现国产化,国内主要生产厂家有天管、宝钢、衡阳钢管、包头钢管、攀成钢(现机组关停)、常宝、大冶特钢、宝鸡钢管、渤海石油装备等。非API石油管的开发需要先进的生产机组、高的技术储备、大资金投入,国内外研发仍然集中在具有规模和技术优势的钢管生产厂家。

    非API石油管是生产厂根据用户需求或为了满足某些特殊使用性能要求而开发的个性化产品,属于各生产厂家自主开发的专有或专利产品、核心产品和高附加值产品。非API石油管包括非API钢级(主要与材质有关,这类产品的化学成分、强度、韧性和/或耐蚀性等与API标准石油管相比,具有更高的工程使用性能、更严格的工况针对性)、非API规格(如外径、壁厚、通径和接箍尺寸)和非API特殊螺纹接头(又称特殊螺纹)及其组合等三类。对于油井管,多数情况下,非API钢级同时也采用了特殊螺纹。非API石油管品种已达到200种左右,产量约占全部石油管的30%以上,非API钢级石油管系列产品。

 

    API标准规定的标准螺纹有短圆螺纹(SC)、长圆螺纹(LC)和偏梯形螺纹(BC),这些螺纹的规格参数和检验应符合API Spec 5B《套管、油管和管线管螺纹的加工、测量和检验》。特殊螺纹是不同于API Spec 5B规范规定的各种螺纹的统称。圆螺纹具有密封性好但连接强度受限的特点,偏梯形螺纹具有连接强度好但密封性受限的特点,以上标准螺纹不能满足高压气井、深井、高温高压井、定向井、水平井的使用要求。而特殊螺纹在解决上述螺纹连接的局限性基础上,通常还具有抗弯和抗拉压能力强、容易上卸扣、密封性能好、抗过扭矩能力强等优点。不同油田、不同区块、不同井况都具有不同的特殊性,任何一种特殊扣都不能包打天下,这也是世界各国知名钢管生产企业不断开发系列特殊扣的原因。典型的特殊扣系列有V&M、JFE(如TIGER、BEAR、FOX、LI ON)、Hydr i l、Hunti ng、Tenaris、宝钢BG、天管TP、衡阳HSM等系列。

    4 石油管标准体系现状

 

    4.1 API石油管标准体系现状

    对于常规API石油管产品标准,目前已经具有完善的标准体系。除了产品标准之外,石油管材标准体系中还包含了产品使用性能和工程设计计算、试验检验和工程应用等配套标准。

 

    4.2 非API石油管标准体系建设

    完善非API石油管标准体系是钢管行业、石油天然气行业长期以来的共同梦想。但是,全世界至今仍然没有一项类似API Spec 5CT或API Spec 5L的世界通用甚至在某一个国家被广泛采用的产品标准。目前,非API石油管的交付标准普遍采用API标准加技术协议的方式。对于非API石油管,非常缺乏普遍适用的原材料产品标准。这种情况不仅增加了各企业重复研发的投入,而且200多个各式品种也不利于用户设计、评价、选材、使用和管理。

    21世纪10年代,中国石油集团石油管工程技术研究院组织开展了非API油井管标准化研究,建立了非API油井管标准体系,并组织起草了26项中石油二级企业标准。其中包括Q/SY-TGRC 1《高抗挤套管》、Q/SY-TGRC 3《耐蚀合金套管和油管》等系列产品标准,也包括Q/SYTGRC 2《含H2S油气田环境下碳钢和低合金油管和套管选用推荐作法》、Q/SY-TGRC 14《油管和套管螺纹接头性能评价试验方法》和Q/SYTGRC 18《含CO2腐蚀环境中套管和油管选用推荐作法》等基础通用标准。上述标准中的产品标准,其中规定“按供需双方的规定执行,优先采用制造厂提出的钢级和材料。但制造商应提供满足要求的证据”,分析做出这样规定的原因,有以下两点:

    1)不同油田的地质条件、油气成分各不相同,设计选材差异大;

    2)钢管制造和螺纹加工在上游钢管制造厂,非API产品均是各个企业根据自身装备特点、工艺技术水平而研发的,在牌号命名、材料成分设计、冶炼和轧制工艺、热处理工艺、特殊扣设计、螺纹加工等方面,不仅各不相同,而且多涉及企业的技术诀窍。

    5 石油管标准体系建设思考

    1) 石油钻采、输送和炼化均具有高风险性。钻井作业或采油作业中一旦发生事故,轻者造成油气井报废,损失上百万元甚至上亿元;重者造成重大人身伤害或环境灾难。如2003年四川开县井喷事故,2010年英国石油公司在美国墨西哥湾租用的钻井平台“深水地平线”爆炸事故。石油管产品应用于高风险作业,其标准的制定要学习并借鉴API的规范、审慎制标原则。

    2)对于API标准产品,如果有等同的ISO标准,可等同或修改采用ISO标准制定国家或行业标准;如果没有ISO标准,在获得API授权的情况下,可等同或修改采用API标准制定国家或行业标准。这些标准制定后,由于产品不是执行API标准不能使用API会标,全球石油天然气行业无论在我国还是国外没有改变只接受API认证产品的现状下,要达到被市场采用道路漫长。

    3)非API石油管已开发近40年,希望制定其标准的官方和非官方组织非常多。随着我国团体标准的推出,许多社会团体也看见这一块广阔的空间。无论是官方组织还是社会团体,对于非API石油管的特殊性要有清楚的认识,对于制定标准的难度和标准制定后的实施要有准确的把握。三类非API石油管中,非标规格用途单一,针对某一特定工况,缺乏单独制定标准的基础;特殊螺纹的齿形和螺纹参数及密封结构有其设计的特殊性,无统一可能;非API钢级石油管制定统一标准可能意味着企业要放弃自主知识产权。

    4)上游钢管生产厂和下游设计、检测、使用单位相互协调分工合作,共同完善非API石油管标准体系。对于原材料领域,在不侵犯企业专利权的情况下,选取个别容易找出共性要求的品种,发挥冶金企业在钢铁材料领域的技术优势,配合石油天然气钻采、输送等特殊用途工况开发的需要,尝试采用双编号的方式有针对性地开展管材团体标准研制,并根据应用情况反馈向其他品种推广;对于设计领域,归纳工况条件分类制定设计和选材推荐做法;对于检测领域,按产品类别分类制定性能通报和技术评价、检测规范;对于应用领域,分类制定产品现场验收、存储、使用推荐做法。

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