油井管供需形势与高性能油井管的发展_图文.ppt

油井管供需形势与高性能油井管的发展,李鹤林中国石油天然气集团公司管材研究所2009年12月,目录,一、油井管市场需求二、油井管产业概况三、供需形势与应对措施四、进一步发展高性能油井管的建议,2,3,套管、油管及钻柱构件（钻杆、钻铤、方钻杆等）统称油井管（OCTG）。石油天然气勘探开发消耗大量油井管。据统计，每钻进一米，约需油井管62kg，其中套管48kg，油管10kg，钻杆3kg，钻铤0.5kg。近年来，我国每年消耗油井管200多万吨，耗资几百亿元人民币。油井管在石油工业中占有重要的位置。油井管在石油工业中的地位不仅表现为用量大、花钱多，更主要的是其质量、性能对石油工业的发展关系重大。油井管服役条件恶劣。油管柱和套管柱通常要承受几百甚至上千个大气压的内压和/或外压，几百吨的拉伸载荷，还有高温及严酷的腐蚀介质的作用。套管的寿命直接决定油井的寿命，油井的寿命又决定油田寿命。油井管的安全可靠性、使用寿命和经济性对石油工业关系重大。,一、油井管市场需求,4,1.1全球油井管需求,能源需求和石油工业的发展，对油井管的需求量与日俱增。2007年以来，国际油价持续高攀，国际布伦特期货市场原油主力价格在2008年2月底突破了100美元/桶大关，2008年6月底又一举突破140美元/桶。油价持续上涨带来石油、天然气的勘探开采活动增加，按照SPEARS研究机构的分析，2007年，全球除我国和独联体国家之外，动用钻机数量达3300台。按照北美9％、全球6％的增速预测，2010年将达3700台左右。2007年，除我国和独联体国家之外，油井管消耗量为890万吨，2008年为930万吨，2010年预计达到980万吨。上述预测加上我国与独联体国家的需求预测，2008年全球油井管需求应为1450万吨，2010年则应超过1600万吨。金融危机大大影响了这一预测结果的准确度。2008年的实际消耗比预测减少100万吨。有人认为，2009和2010年的预测值可能会推迟2～3年。,5,6,,全球钻机动用情况及油井管需求（除中国和独联体国家外）,7,全球油井管需求分布,（2007年）,1.2我国油井管需求,根据SPEARS研究机构分析，我国陆上油气井钻探井数量将从2006年的16850口增加到2012年的21321口，钻探深度从2006年的1.2亿英尺上升到2012年的1.6亿英尺。据中国国际工程咨询公司统计，2000－2008年我国油井管表观消费情况如表1所示。2009-2010年的需求预测如表2所示。中石油、中石化、中海油和延长油矿四大石油公司2008年油套管消耗量约为283万吨。受全球金融危机影响，预计2009年为247.6万吨、2010年为265.6万吨非油田供应部门采购的油套管、地方性的小油田和其他矿种使用的油套管未包括在内。,8,表1我国油井管生产、消费和进出口情况,9,表22009-2010年我国油田产量及油套管需求预测,10,金融危机对全球钢铁工业冲击较大。但我国钢管产量和表观消费量仍保持适度增长。1～8月，我国无缝钢管产量1366.56万吨，与去年同期持平；表观消费量1184.32万吨，同比提高12.55；1～8月，天津钢管和宝钢的油井管产量是去年同期的85％左右，其它厂家减产幅度更大；1～8月，我国油井管出口量110.35万吨，同比减少38.55；平均价格1283美元/吨，同比下降15.26；1～8月，油井管进口量8.92万吨，同比减少40.57，平均价格1460美元/吨，同比下降40.38％。,11,二、油井管产业概况,12,2.1国外油井管产业概况国外油井管主要生产商包括TENERIS、VM两个跨国集团公司及日本钢管联盟、俄罗斯TMK集团和美钢联等。这几家大公司以其完整的产业结构、强大的开发能力，不断开发新产品以适应国际石油行业发展的需要，基本上控制了高端油井管的技术和市场。国外油井管主要生产商年产量已达到700多万吨，分布在日本、美国、俄罗斯、乌克兰、德国、意大利、英国、法国、阿根廷。其中美国、俄罗斯的产品以国内消费为主，英国、法国进出口大体相当，其他国家大都是输出国，出口量约占各自总产量的30～80。国外主要油井管企业2008年产量见表3。油井管除采用无缝钢管外，还采用高频电阻焊管（ERW）。ERW油井管的使用量约占油井管总量的40％左右。代表性的ERW油井管生产厂是美国LONESTARSTEEL和新日铁名古屋制铁所、住友金属和歌山制铁所等。,13,表3国外主要油井管企业情况,14,2008年产量（万吨）,2.2我国油井管产业概况我国生产油井管有近60年的历史。上世纪50～70年代，我国油井管生产技术比较落后，其数量、品种和质量都远远满足不了石油工业发展的需要，自给率仅5～10。1990年以来，油井管的生产部门和使用部门协同攻关，特别是宝钢、天津钢管公司投产后，国产量逐年大幅度提高。2008年，国产化率达到93。我国油井管生产企业数量很难精确统计。根据API网站公布的资料，全世界取得API会标使用权的企业共634家，其中中国有238家（油套管为227家，钻杆为27家），占37.5。美国有108家，加拿大有26家，日本17家，德国10家，俄罗斯8家，韩国6家。,18,我国油井管生产厂有三种类型。第一类企业是具有从炼钢、制管到管加工全部功能的企业，如天钢、宝钢、西姆莱斯、衡钢、攀成钢、包钢、鞍钢、山东墨龙等，产能为420万吨，占总产能的49.4；第二类企业是拥有制管（无缝钢管或ERW焊管）和管加工的企业，如宝鸡住金、胜利油田孚瑞特、高原和无锡法斯特公司等，产能为126万吨，占总产能的14.8；第三类企业是仅进行油井管螺纹加工的企业，产能为304万吨，占总产能的35.8％。第一类和第二类企业多为钢厂和专业钢管厂，具有规模大、技术水平高的优势；第三类企业以民营企业为主，也包括各油田的油套管加工厂，具有成本低、机制灵活的优势，占据了国内低端市场。2007年排名前5位的均为第一类企业，其产能、2007年产量、2008年产量见表4。,19,20,表4国内主要油井管生产企业油套管产能及产量（单位万吨）,下列数据表明，我国确属油井管生产、消费大国和全球供应基地2008年，全球油井管消耗量1350万吨。我国油井管产能已达850万吨（约为全球需求量的三分之二），产量660万吨（接近全球需求量的一半）；2008年底，我国消耗油井管283万吨（国产261.4万吨，进口21.6万吨），占全球总消耗量的21％；2008年底，我国出口油井管398.6万吨，约占全球油井管需求量的30％，占我国钢管出口量的40％。,21,我国境内钻杆制造企业约50多家，产能50多万吨。其中，江苏格兰特钻杆有限公司是美国Grant全资子公司，中石油渤海装备集团下属渤海能克钻杆有限公司是中日合资企业。上海宝钢、海隆集团等也属设备先进、规模较大的钻杆制造企业。我国有钻铤制造企业20多家，产能约5万根。其中，山西风雷机械有限公司规模最大，产能2万多根；目前，国内在新型油井管方面也已取得了一些进展。我国膨胀管研究工作已进行了五年，北京机械研究所开发的膨胀管产品已经进行了现场实验。我国已将连续管的研究开发和采用连续管钻井列入“十一五”国家863项目，组织相关研究院所展开了系统的技术研究。宝鸡钢管连续管生产线已建成投产。,22,三、供需形势与应对措施,23,2008年，我国生产的660万吨油井管产品中，国内自用261.4万吨，占39.6；出口398.6万吨，占60.4；这标志着我国油井管产业开始由国内市场为主转变为国内、国外两个市场并重的格局；国内、国外两个市场均存在一些深层次问题。,24,3.1国内市场总体上供大于求,1）低端产品产能严重供大于求2008年，我国油井管产能为850万吨，产量660万吨，占产能的77.6。国内消耗261.4万吨，占产能的30.8；受全球金融危机影响，今后二、三年内，国内需求将有所降低。预计今年的需求将由去年的283万吨降至247.6万吨，仅占产能的29％；新建油井管生产线之风仍在扩大，有人预计2012年，我国油井管产能将逼近1000万吨；总的态势油井管产能大量闲置，低端产品严重过剩。,25,2）高端产品仍然部分进口2007年，中石油、中石化、中海油、延长油矿四大石油公司消耗的230万吨油井管中，进口24.6万吨，占10％；2008年消耗的283万吨油井管中，进口21.6万吨，占7.6％；进口油井管多属高端产品。,26,3.2国际市场容量有限，不容乐观,2008年，我国油井管出口量为398.6万吨，占国外总需求量的37.5％，继续增长的空间很小；去年，国外主要油井管生产厂商的产量已达737万吨，并且还在积极扩大产能，例如VM集团现在产能是145万吨，预计巴西等地新的生产线投产后，产能将达到180万吨；大量进口油井管的一些国家，其国内生产企业还有一定的产能潜力，例如美国境内的4家企业尚有113万吨的产能；印度等新兴油井管生产国也在积极扩大产品的出口。,27,3.3油井管出口贸易中存在的其它问题,行业管理薄弱，企业间无序竞争，互相杀价，影响国家整体利益和形象；产品质量参差不齐，个别企业屡出恶性质量事故；出口产品大多是低端（低钢级、低价位）产品，高端产品极少；企业的服务意识差，售前、售中、售后服务薄弱；贸易摩擦和反倾销频繁。,28,3.4应对措施,1）调整产品结构限制低端产品的发展；积极发展高端产品，全面取代进口；适当发展中高端ERW油井管；进一步推进油井管的出口，特别是增加高端产品在国际市场上的份额。,29,2）加强行业自律和行业协调,认真执行中国钢铁工业协会制定的钢铁行业规范国内国内钢材市场秩序自律公约；各企业必须解决好供需平衡问题，坚持没有合同不组织生产，避免盲目的价格竞争；建议国家尽快采取措施，解决钢管企业行业管理十分薄弱的局面。,30,3）加快企业兼并重组步伐，提高产业集中度,2008年，我国油套管生产前5位企业的产量合计为336万吨，占全部227家油井管企业总产量的50％。说明大多数油井管生产企业规模过小；国际上，TENARIS、VM等都是集中度很高的跨国集团，TENARIS在全球有22家分公司，VM有15家分公司；建议有条件的企业抓住当前的有利时机，加入到兼并重组的行列，以市场为导向，以资产为纽带，以优势企业为龙头，实现优势互补，专业化分工，做大做强。,31,上述措施中，调整产品结构是第一位的。其中，发展高性能油井管又是重中之重。不论满足国内需求还是用于出口，都必须重视非API高性能油井管的开发，包括适当发展中高端ERW油井管。,32,四、进一步发展高性能油井管的建议,33,API油井管是严格按照API标准生产和检验的一类油井管产品，其特点是技术成熟、通用性强。高性能非API油井管是指不按照或不完全按照API标准生产、检验的一类油井管，是生产厂根据用户需求，或为了满足某些特殊使用性能而开发的个性化产品，属于各生产厂家的专利产品；非API油井管产生于上世纪80年代初。近20年来，随着油井管服役条件的变化，非API油井管逐渐发展，其品种已达到200种左右，产量约占全部油井管的30％左右。,34,非API油井管有三类第一类是非API钢级系列，第二类是非API螺纹系列，第三类是非API规格系列；第一类主要和材质有关。这类油井管的力学性能（强度、韧性等）或物理、化学性能（耐蚀性等）比API油井管有更高的档次和更严格的要求；第二类是不同于API螺纹的特殊螺纹系列；第三类是几何尺寸（如外径、壁厚和接箍尺寸）不同于API标准的油井管；通常所说的非API油井管主要指第一类和第二类，即非API钢级和特殊螺纹。而且，在多数情况下，非API钢级同时也采用了特殊螺纹。非API油井管实际上是高性能或具有特殊性能的油井管。,35,非API油井管的分类,4.1非API油井管现状,4.1.1非API钢级（1）钻柱构件国外钻柱构件主要生产企业包括GRANT、VM、TENARIS等。产品在覆盖全部API标准外，还形成了自己的非API钻杆系列产品，例如超高强度钻杆；高韧性钻杆；酸性环境用钻柱构件；高抗扭接头钻杆；低温环境用钻柱构件；智能钻杆。,36,37,国内外非API钻柱构件对比,（2）油套管,国内外非API油套管已经形成深井超深井用油套管，高抗挤及超高抗挤油套管，抗硫化氢应力腐蚀油套管，兼顾抗硫化氢腐蚀和高抗挤的油套管，抗二氧化碳腐蚀油套管，硫化氢、二氧化碳及氯离子共存环境用油套管，低温环境用油套管，稠油热采油套管，特殊螺纹接头油套管等10多个产品系列；国内非API油井管产品总体上达到或接近国外同类产品技术水平；与国外产品有明显差距的仅有超级13Cr、双相不锈钢、耐蚀合金油套管及特殊螺纹接头油井管。,38,1）深井超深井用油套管,39,2）低温高韧性油套管,40,,3）高抗挤套管,41,4）抗H2S应力腐蚀的油套管,42,5）兼顾抗硫和高抗挤性能的油套管,43,6）耐CO2腐蚀的油套管,44,7）耐CO2低H2S或CO2Cl-腐蚀的油套管,45,8）耐CO2H2SCl-共存腐蚀的油套管,9）膨胀套管,46,LONGSTAR和VM已开发出可膨胀套管系列，最高钢级95，膨胀量达25以上。VM开发了可膨胀套管的特殊螺纹VAMET。我国已将此项目列入国家863项目，已经取得了积极的成果。,,10）稠油热采油套管,天钢的TP90H，TP100H，TP110H，TP120TH，宝钢的BG55H，BG80H，BG80THBG125TH，西姆莱斯的WSP-80H、WSP-105H、WSP-55、WSP-80等产品在高温下具有良好的力学性能，可在300℃～350℃、1000～1500米深的稠油热采井环境中使用。,4.1.2非API螺纹,特殊螺纹接头不再单纯依靠螺纹过盈配合及螺纹脂的封堵作用实现密封，普遍增加了主密封结构，即由光滑的金属表面过盈配合而实现密封，有的同时设计有弹性密封结构，从而实现了多级密封金属、弹性、螺纹、台肩等，其气密封压力可达管体内屈服压力。特殊螺纹接头大多采用改进型偏梯形、钩形、楔形螺纹，并增大锥度、优化应力分布，使螺纹连接部位与管体等强度。全球特殊螺纹接头油套管已占油套管总需求量的21％。,47,国外特殊螺纹,国外已有30多家著名油井管厂商的科研机构开发了100多种有专利权的特殊螺纹油、套管接头。例如VM的VAM，美国Hydril的SEALLOCK等。近年来，国外特殊螺纹接头油套管的使用量约占油套管总用量的21。其中欧洲油气田特殊螺纹接头使用比例高达60。特殊螺纹接头的品种已从10年前的“百花齐放”、名目繁多的状态逐步收缩和集中。目前，VAM系列特殊螺纹接头油井管已占全球特殊螺纹油井管的50左右。其特殊螺纹系列除油套管外，还包括钻柱构件特殊螺纹及膨胀套管螺纹。,48,国外特殊螺纹种类表,49,50,国内特殊螺纹,1992年TGRC从美国H.O.MOHR引进了成套的油套管全尺寸螺纹连接性能评价试验系统，对油田选用特殊螺纹接头油套管及特殊螺纹接头油套管的国产化起到了指导和促进作用；1996年，攀成钢率先自主开发了CGT螺纹接头；1998年，天津钢管公司引进Hunting系列螺纹接头的专利技术，并在此基础上开发了TPCQ特殊螺纹接头；2001年，上海宝钢开发了BGT螺纹接头；2002年，无锡西姆莱斯开发了WSP-1T和2T螺纹接头；去年，国产特殊螺纹接头油套管产量已达到20万吨（见下页表），国内使用约10万吨，其余出口；去年，国内特殊螺纹接头油套管使用量约18万吨，占油井管总用量的比例为8％，与世界平均用量水平（21％）还有较大差距，国产化率为55％左右。,51,我国特殊螺纹接头研究与应用中存在的问题基础研究薄弱；研究和生产特殊螺纹接头油井管的单位少，技术骨干少；产品系列和扣型少、产量低；国外住友金属有27种、VM25种、Tenaris24种。我国天钢10种、西姆莱斯7种，宝钢4种；去年，国产特殊螺纹接头油套管20万吨，占油井管总产量3％。,52,4.2进一步开发高性能非API油井管的建议4.2.1加强应用基础研究根据近几年API标准化委员会的提案信息，重点研究1大幅度提高低合金钢强韧性的基础研究2H2S、CO2、Cl-共存时的腐蚀机理及选材指南3非API螺纹的基础研究,53,（1）大幅度提高油井管用钢强韧性和抗氢损伤性能的基础研究,54,ISO的一系列标准（如ISO3183、ISO15590等）都明确规定，承压石油钢管横向韧性必须满足CVNJ≥σyMPa/10。这对125ksi以上钢级是有很大难度的。110ksi以上钢级满足抗氢损伤性能要求的难度更大。可以从以下三方面着手高纯净、高均匀性的超细晶粒钢的研究（973“超级钢”项目的延伸）；组织设计与控制低碳马氏体钢（包括低碳马氏体＋奥氏体）；贝氏体钢超低碳贝氏体钢、低碳粒状贝氏体钢、无碳化物贝氏体钢；复相钢贝氏体＋铁素体（清华大学）、贝氏体＋奥氏体（西工大的准贝氏体钢）、无碳化物贝氏体＋马氏体（北科大）；Trip、DQ、QP；现用材料的改进（适当降低碳含量、调整合金元素、细化晶粒、提高钢的纯净度）,（2）H2S、CO2、Cl-共存时的腐蚀机理及选材指南,我国油气资源中，大部分含有H2S或/和CO2。其中，部分油气井仅含H2S或仅含CO2，而更多的井却同时含有H2S和CO2。西部油气田地下水中Cl-含量也很高；对于仅含有H2S的腐蚀与防护问题，50多年来，国内外持续做了大量的研究，腐蚀机理和规律相对比较清楚，腐蚀控制方法和防护措施也比较成功；近20年来，高温高压条件下CO2腐蚀机理和防护措施的研究也取得了许多成果；对于H2S、CO2共存的腐蚀机理和规律的研究，由于H2S和CO2之间复杂的交互作用，至今尚未形成较为完善的理论体系，许多理论和技术问题尚待深入研究。Cl-和S对腐蚀的影响研究也不够深入。,55,需要深入研究的课题在H2S和CO2共存时，H2S还是CO2成为腐蚀控制的主导因素的边界环境条件的研究；高H2S分压或/和高CO2分压条件下，材料（包括碳钢、低合金钢、耐蚀合金）的电化学腐蚀和氢损伤机理和规律研究；耐蚀合金在H2S/CO2环境的钝化膜保护机制和破损规律；Cl-对H2S或/和CO2腐蚀的影响机理和规律；元素S对H2S或/和CO2腐蚀的影响机理和规律；应用上述研究成果修订和细化有关标准和选材指南。,56,57,58,59,60,有关标准与“选材指南”存在的问题,PCO2≥0.02MPa和PH2S0.003～0.01MPa选择双相不锈钢，而PH2S≥0.01MPa则选择Ni基或FeNi基合金，中间没有过渡；在PCO2≥0.02MPa的同时，PH2S0.001～0.003MPa选择超级13Cr，PH2S0.003～0.01MPa选择双相不锈钢，但对Cl-含量的影响未作规定，包括CO2较少量Cl-、CO2多量Cl-、CO2少量H2SCl-的选材方案是空白；不同Mo含量Ni基、FeNi基合金的临界环境条件；元素S在选材指南中的体现。,61,（3）非API螺纹的基础研究,特殊螺纹接头设计原理（密封设计、强度设计、防粘扣设计）的基础研究；改良型特殊扣改进型偏梯形螺纹、金属/金属密封结构和扭矩台肩组合。主密封结构的形式是研究的重点；旋转固井、旋转下套管系列特殊扣如何进一步提高抗扭性能和抗压缩性能；无接箍特殊扣和快速上扣接头进一步提高结构完整性和密封完整性。,62,4.2.2我国高性能非API油井管的进一步开发,（1）对照国外现有非API油井管系列，填平补齐满足IRP（或类似标准）的抗硫钻杆（SS105、SU95等）；满足“先漏后破”准则的S135钻杆；CO2＋少量H2S和/或Cl-环境用超级13Cr、22Cr双相不锈钢、25Cr超级双相不锈钢油套管；夏比冲击功J达到屈服强度MPa十分之一的V140、V150钢级高韧性套管；耐蚀合金825、028套管，028、825油管；更多优良品种特殊螺纹接头。,63,,64,（2）开发更高层次的高性能油井管满足“先漏后破”准则的150、170级钻杆；SS120、SS135（140）抗硫钻杆；夏比冲击功J达到屈服强度MPa十分之一的V170钢级高韧性套管；125SS、140S油套管；H2SCO2Cl-和元素S共存时的经济性耐蚀合金油井管；高档次特殊螺纹接头。,65,66,（3）适当发展高性能ERW油套管我国油井管总体上供大于求，但ERW油套管尚有一定的发展空间；ERW油井管的原材料（热轧板卷）可采用普通碳钢或低合金钢经普通轧制而成，也可采用低碳微合金化钢经控轧控冷（TMCP）而成。TMCP热轧钢板的性能特点比较适合某些高端油套管由于ERW所用板卷系低碳微合金化钢经TMCP轧制而成，母板韧性高，而高频电阻焊可以做到焊缝和热影响区的韧性达到母板相同的水平，可以用来制造具有高韧性的超高强度油套管；TMCP属热机械处理（形变热处理），具有遗传性，经过整体热处理后强韧性可进一步提高，具有制造V140、V150甚至V170超高强度油套管的条件；ERW用板卷韧脆转化温度低，可用于开发低温状态使用的油套管；ERW油套管采用热轧板卷作为原料，尺寸精度高。例如，壁厚均匀度可控制在0.2mm左右内，内毛刺高度可控制在-0.2～0.5mm左右。所制成的ERW焊管可用于制造高抗挤、超高抗挤等高端套管。,67,待开发的高性能ERW油套管品种高抗挤、超高抗挤套管。利用ERW焊管的尺寸优势，以及相对于无缝钢管的力学性能优势，发展高抗挤、超高抗挤套管；具有高韧性的超高强度油套管。利用ERW焊管母材TMCP技术、全管体热处理技术生产具有高韧性的超高强度油套管，满足我国深井超深井等复杂工况油气井勘探与生产需要。高强度酸性环境用油套管。ERW焊管经整体调质处理，有利于提高产品抵抗微裂纹扩展的能力，降低硫化物应力腐蚀开裂敏感性，适合开发110SS及更高钢级的抗SSCC油套管，满足我国含H2S油气田的深井开发的需求。兼顾抗硫和抗挤性能的油套管膨胀管及连续管,68,报告完毕，谢谢,