鉆采石油、天然氣時,除需要鉆探機械設備外,還需要專用管材,如鉆柱、套管、油管等,統(tǒng)稱為“油井管”或“石油專用管”(oil country tubular goods,OCTG)。作為石油、天然氣勘探開發(fā)過程中的主要耗材和重要的石油裝備物資,油井管占油氣工業(yè)用鋼總量的40%,平均占整個建井成本的20%~30%。石油工程能否順利進行,與油井管材質量密不可分。
20世紀90年代中期,我國生產油井管的數(shù)量、品種和質量都還遠遠滿足不了石油工業(yè)發(fā)展的需要。據(jù)不完全統(tǒng)計,1949~1994年的45年間我國共消耗油井管1270萬噸,其中進口1150萬噸,國產120萬噸。1980年我國開始攻關油井管的國產化,經過近30年的艱苦奮斗,我國油套管的生產從無到有,從低價位到高價位,從低鋼級到API系列產品再到特殊需求的非API產品,生產工藝技術裝備和產品實物質量逐漸接近國際先進水平。目前,除少量高端高鋼級油井管、油套管等需要進口外,我國已能生產幾乎所有品種的石油、石化用管材,我國油井管的國內市場占有率已經超過80%,自給率達到99.5%。我國已經成為世界油井管生產大國,不僅滿足了國內需求,而且部分品種已連續(xù)多年凈出口。
石油管道消耗大量不銹鋼管材,在石油行業(yè)的設備制造、采油、煉油以及運輸中,不銹鋼管材扮演著重要的角色。一般根據(jù)油氣開采環(huán)境的惡劣程度,選擇不同耐蝕級別材料的油井管,從馬氏體不銹鋼、雙相不銹鋼到鐵鎳基合金甚至是鎳基合金。例如抗H2S應力腐蝕油套管、耐CO2腐蝕油套管、超級13Cr系列油套管、鎳基合金油套管等。
為支撐國家能源戰(zhàn)略,大力開發(fā)利用天然氣,2006年,中石化牽頭多部門組織開展“特大型超深高含硫氣田安全高效開發(fā)技術及工業(yè)化應用”攻關任務,寶鋼作為重要的油井管開發(fā)單位,承擔了鎳基合金油管國產化研發(fā)工作。通過開展化學成分、冶煉、鍛造、熱擠壓、熱處理、冷軋、特殊扣優(yōu)化設計與加工等系列關鍵工藝及技術方面的研究和攻關,2008年,寶鋼成功試制了125鋼級BG2250鎳基合金油管,先后有萬余米產品在普光2011-5、3011-5等多口氣井投入使用,并首次實現(xiàn)國產產品完井使用。經用戶嚴格檢驗,
各項技術性能指標均滿足ISO 13680標準的要求。鎳基合金油管的成功開發(fā),打破了國外技術壟斷,大大降低了高腐蝕性氣田開發(fā)成本,為國家安全高效開發(fā)普光氣田提供了強有力支撐,并將為加快推動我國高含硫天然氣的開發(fā)步伐發(fā)揮重要作用。2013年1月18日,在2012年度國家科學技術獎勵大會上,由中石化與寶鋼等聯(lián)合開發(fā)的“特大型超深高含硫氣田安全高效開發(fā)技術及工業(yè)化應用”獲國家科學技術進步獎特等獎。
隨著全球陸地淺層石油和天然氣資源的日漸減少,油氣開發(fā)勘探地區(qū)已經從單一的陸上淺層,逐漸發(fā)展到沙漠、極地等邊緣地區(qū),相應的勘探和運輸環(huán)境也更加惡劣,其所處的強腐蝕環(huán)境對油氣開采用鋼管的要求越來越高,需要更高鋼級和更高耐蝕性能的高端油井管。一段時間以來,我國油氣開采用低鋼級油井管材已經實現(xiàn)自給且產能過剩,但高端油井管仍依賴進口。我國油井管制造企業(yè)也在奮力向高端油井管制造邁進。
由寶鋼股份、寶鋼特鋼、中國石油大學和中石化中原分公司合作開展的“鐵鎳基合金油套管關鍵工藝技術及產品開發(fā)”攻關任務,完成了有害析出相控制的合金化技術、全流程制造技術等研究,開發(fā)了可以滿足不同腐蝕環(huán)境下安全使用的五種合金、六個強度級別、十一個規(guī)格的鐵鎳基合金油套管系列產品,形成了最高端油套管產品的全流程制造技術及全新的選材規(guī)范,形成14項專利,其中發(fā)明專利授權6項,技術秘密18項。該系列產品先后在國內多個腐蝕性最強的高酸性油氣資源開采中應用,并完全替代進口。該項目的成功開發(fā)使我國成為目前世界上具備油井管全系列品種全流程制造和供貨能力的三個國家之一,整體提升了我國鋼管產品的技術水平和國際競爭力。2015年該項成果榮獲冶金科學技術獎一等獎。
久立集團自主研發(fā)了雙金屬復合耐蝕合金油井管產品(見圖3-1-1),2019年榮獲中國產學研合作創(chuàng)新成果獎。該產品技術指標和工藝技術均達到國際先進水平,已應用于國內各油氣田項目,對滿足我國油氣田的開發(fā)要求、降低開發(fā)成本、確保開發(fā)安全、提升中國石油專用管的制造水平提供了有力支撐。
在經濟全球化時代背景下,中國的不銹鋼鋼管產量和產品質量都有較大的提升。中國鋼管產品(特別是高端產品)在國際市場上也得到了認可,國際市場占有率穩(wěn)步增長,給企業(yè)帶來相應的效益,彰顯了中國不銹鋼鋼管行業(yè)的成熟及在國際市場地位的提升。
我國“十三五”期間啟動并實施了一批重大規(guī)劃項目。根據(jù)《全國石油天然氣資源勘查開采通報(2019年度)》顯示,我國油氣勘查取得多項重要突破,油氣探明儲量大幅增加,新增2個億噸級油田、3個千億方級天然氣田、3個千億方級頁巖氣田。同時,油氣勘查開采投資大幅增長,勘查投資達到歷史最高。從我國國內區(qū)域分布來看,油套管的需求已不再集中于東部地區(qū);從國內油氣田開發(fā)的情況看,從最初開發(fā)大慶、遼河、勝利等東部油田后來轉向發(fā)展四川、新疆等西部油田,到現(xiàn)在重點關注海上油田,從陸地向灘涂、從淺海向深海發(fā)展的趨勢明顯;加之鉆井深度越來越深,鉆井工作狀況日趨復雜,高溫、高硫、高氯離子和高二氧化碳等苛刻腐蝕環(huán)境的油氣田越來越多,對高端油井管的適用性提出了更高的要求。國內不銹鋼管材龍頭企業(yè)紛紛加大了與中石油及中石化之間的合作,以提升市場份額;同時,不斷加強與國外石油企業(yè)的交流,將中國不銹鋼管推向世界。在此背景下,具備高強度、高韌性、高彈性、耐高壓高溫、高抗腐蝕等優(yōu)異性能的不銹鋼和耐蝕合金材料,將在未來的油井管,尤其是高端油井管的生產中占據(jù)越來越重要的地位,迎來更大的發(fā)展。
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