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ERW石油套管的应用及市场分析
ERW套管和无缝套管相比,具有尺寸精度高、焊缝韧性好、抗挤压性能好、质量易于 控制以及成本低等优势。在发达国家,ERW套管已取代了相当一部分无缝套管,用量占套管 总用量的
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详细介绍:
ERW套管和无缝套管相比,具有尺寸精度高、焊缝韧性好、抗挤压性能好、质量易于 控制以及成本低等优势。在发达国家,ERW套管已取代了相当一部分无缝套管,用量占套管 总用量的50%以上。我国在这一领域起步较晚,但近几年ERW套管的使用比例已有所扩大。 分析了国内外ERW套管的生产制造现状和油井管的实际使用情况,可以看出,随着钢材冶炼 技术的发展,ERW套管将会进一步扩大其在油井管中的比例。

关键词:石油套管;ERW套管;无缝套管

在石油钻采用油井管领域中,高频电阻焊套 管(简称ERW套管)与无缝套管相比,具有尺寸 精度高、焊缝韧性好、抗挤压性能高、成本低等优 势,在国外得到了广泛的应用,取得了良好的效 益。我国在低钢级ERW套管制造方面也取得了 巨大进步,但最为广泛应用的N80钢级ERW套 管的生产制造在国内仍为空白。
1 ERW套管的特点
1. 1 ERW套管(与无缝套管相比)的技术优势 (1)尺寸精度高
ERW套管在成型后采用了机械定径工艺,使 其尺寸(外径、壁厚、圆度等)精度较元缝套管有 所提高,其外径偏差一般不超过±0.5%。如日本 新日铁公司生产的。244.5 mm ERW套管的壁厚 标准偏差<0.10 mm,而相应的无缝套管的标准 偏差则为0.41 mm。
(2)焊缝韧性良好
ERW套管的制造工艺可以保证得到高强度、 高韧性的焊缝,焊缝的成分组织及基体材料中C, S和P含量较低,使套管的韧性较无缝套管高。
(3)抗挤压及抗爆性能好
与同类API无缝套管相比,ERW套管抗挤压 强度高30% -40%,抗爆性能(内压强)高50% 左右。
(4)工艺先进,产品质量控制好
ERW套管母材为控轧卷板,呈各向同性,可 100%进行无损探伤。
(5)成本低
与同类无缝套管相比,ERW套管的成本低 5% -10%,生产效率高,机械化、自动化程度高, 生产能耗低;ERW套管成材率为939毛-98% ,而 无缝套管的成材率85%-90% ;ERW套管整个 项目投资也比无缝套管项目低40%。
标准要求的ERW钢管与无缝钢管几何尺寸 比较见表1。
1. 2 ERW套管的技术特点
(1)原料选用控轧卷板,严格控制S和P含 量以及碳当量,通常ω(S)小于0.015% ,碳当量 小于0.25%。并利用Nb,V,Ti和Cu等元素以微合 金化改善钢材韧性,提高其可焊性及耐腐蚀性。
(2)较厚的卷板经过镜边处理,可以减小焊 接时毛刺引起的局部过热和氧化。
(3)广泛采用螺旋活套进行连续生产,不存 在由于卷对卷间歇生产引起的焊接停顿,导致重 新起焊时由于焊接电流、电压不稳定而产生产品 质量缺陷。
(4)普遍采用先进的液压去除内毛刺工艺, 套管的内毛刺高度控制在1.14 mm内。
(5 )焊接参数严格,包括对电源输入功率、焊 接V形角、焊接速度、焊接温度的控制。焊接温度通过高频焊机的速度-功率闭环控制,波动控 制在±5摄氏度以内。
{6)重视焊后热处理,通过焊后热处理改善 焊缝区组织及内应力。
(7)采用高强度定径机组,减径量大,成品精 度好。
(8)对焊缝及钢管整体进行在线或离线无损 探伤,及时准确地发现缺陷,以便及时调整生产工 艺,保证产品质量。
2 ERW套管的应用
2.1国外ERW套管的应用
美国是最早使用ERW套管的国家,也是用 量最大的国家。ERW套管应用发展的历程大体 可分为三个阶段:
第一阶段是ERW套管开始应用及被市场认 识阶段。20世纪60年代,ERW套管开始进人石 油专用管材领域,以其质量、价格等优势而被认 可,但当时ERW套管还只局限于较低钢级的H40 和J55套管,市场占有率也较低。
第二阶段是ERW套管的大面积推广使用阶 段。20世纪80年代初,随着N80级板材的试验 成功和人们对ERW套管认识的提高,使ERW套 管的应用以每年5% -10%的比例迅速增长。美 国权威管材统计机构Preston公司对美国ERW油 井管与无缝油井管应用的调查数据见表2。表2 中油井管总量统计中包括了油管、套管和钻杆,钻
杆不用焊管,应扣除它所占7%的比例,这样, ERW油、套管在美国的应用所占比例均已超过 50%。日本新日铁公司累计出口ERW油井管 120 X 104 t,使用最长年限已有12年,没有用户反 映任何产品质量问题。法国、俄罗斯等国的ERW 油、套管应用比例已达20% -30%。
第三阶段是ERW套管向特殊用途套管和超 深井方面发展阶段。近几年,ERW套管深入到超 深井和特殊用途方面,如高含S和P等复杂介质 油井的应用。其中美国Iρng Star公司φ177.8 mm ERW套管己下井深78∞m,德国Hosi公司 φ244.5 mm ERW套管已下井深6∞Om,加拿大 Prudential公司的ERW套管和油管已在600 ?1 8∞m的气井中广泛使用。
2.2国内ERW套管的应用
20世纪80年代以前,我国油气田中使用的套 管都是用无缝管加工的,80年代末才开始ERW套 管的引进与试用。1985年原石油部从日本引进了少量ERW套管进行试验,其中大部分为J55钢级 的表层套管。1985年至1999年,我国进口日本 ERW套管共计32 X 104 t,先后在大庆、胜利、辽河、 中原、长庆等油田进行了应用试验,钢级有J55和 N80,套管直径为127 -508 mm(5 -20 in)。作者曾 对国内所有ERW套管的用户,就油井、下井深度, 施工单位,套管规格,螺纹类型,下井、固井时间及 使用情况等进行了深入调查,并汇总分析。
在调查中发现,所有的ERW套管,无论是表 层套管、油层套管、还是深井试验,均使用良好,未 见失效报道。原石油工业部科学技术司曾于 1988年组织大庆油田、石油管材研究所、胜利油 田3家单位通过了对"ERW套管的开发研究及其 推广应用项目"的评审鉴定,鉴定意见为"全部 试验结果表明,ERW套管不但能达到表层套管和 技术套管的要求,而且能满足油层套管的技术要 求。因此,本成果具有很高的使用价值和经济效 益。ERW套管生产成本低,价格比同类无缝套管 便宜。若全同每年使用1/3的ERW套管,可节 约外汇上千万美元。"
在该报告中曾提及ERW套管不适合于在含 H2S及CO2气体介质的油井中使用。但近10年 来,随着冶金工业技术的不断发展,现在生产的 ERW套管已可用于含H2S及CO2气体介质的油 气井中。
中国石油天然气集团公司于1994年制定了 石油天然气行业标准SY IT 5989-1994 ~直缝焊 管国外订货技术条件》。受国际供货渠道和我同 政策(从国外订货时要求国外厂商以低于无缝管 10%以上的价格供货)等方面的影响,致使ERW 套管在国内没有大面积推广,其应用比例不足套 管总量的5% 0 2∞1年宝鸡石油钢管厂同日本 住友金属株式会社合资,借鉴国外的先进管理经 验,使ERW套管生产线的年产量突破7 X 104 t, ERW套管在国内的使用量才得以增加,目前已达 到10%。近几年同内ERW套管的应用情况见 表3,胜利油田ERW套管的应用情况见表4。
国内ERW套管的使用大部分仅限于J55钢 级的表层套管,由于宝鸡住金钢管有限公司生产 线设备能力所限,不能生产占套管市场用量80% 的N80钢级的ERW套管,致使ERW套管在国内 还没有大面积推广应用。
通过ERW套管在国内近20年的推广与应 用,大面积推广应用的时机现已成熟。
3 ERW套管的市场分析
3.1 ERW套营的卖方市场
3. l. I国外ERW套管的生产现状
国外ERW套管的生产同其使用一样,也大 体分为三个阶段:
第一阶段是ERW套管开始生产与试验阶段。
同际上最早生产ERW套管的国家是美国,早在20 世纪60年代初,随着高频感应焊接技术、计算机向 动控制技术以及多探头无损检测等技术的进步,使 得ERW套管的质量得以保证,并以其质量稳定、价 格低廉等优势而被尝试使用。但限于当时钢材的 冶炼加工水平,产品仅限于低钢级的H40和J55等 套管,并且大部分只作为表层套管使用,仅限于在 浅井中使用,ERW套管的生产量不大。
第二阶段是ERW套管大批量生产制造阶 段。随着超纯净冶炼技术、控制轧制技术的提高,
80级板材的试验成功,使ERW套管用量迅速增 加。日本、德罔等开始大量建设ERW套管生产 线,20世纪80年代初,全世界约有17个国家的 42家公司(T厂)生产ERW油套管,其巾:美同 16家,日本4家,意大利、加拿大和墨西哥各有3 家,德国2家。1996年全世界共生产ERW油套 管约70 X 104 t,占当年油套管总产量的22% ,美 国用ERW钢管生产的油套管占其总量的40%以 上,日本有关方面则认为,76.8%的油套管可用 ERW钢管来生产。在这一阶段已成熟的ERW套 管的钢级有H40 , J55 , N80和L80等。
第三阶段是ERW套管向特殊用途套管发展 阶段。ERW套管凭借其性能良好、精度高、成本 低等优势,逐步向特殊用途套管发展,如高抗挤压 套管、高强度套管、高抗H2S套管等。除已成熟 的API钢级外,也有一系列非API钢级,如日本住 友金属的SM - E系列、新日铁的NT - E系列及 美罔Long Star的LS系列。其中SM -E系列包 括普通和深井用的GE组、高抗挤压套管TE组、 含S井用的SE组、高抗挤压和含S井用的TSE 组、低温井用的LE组等。
目前国外ERW套管制造水平较高的厂商有 美国Long Star、日本新日铁名古屋制铁所、住友金 属和歌山制铁所等。其中Long Star水平最高,能 生产Q125,LS125和LS140钢级ERW套管(全管 体调质热处理) ,新日铁和住友金属的ERW油井 管最高钢级分别为NT95HE和SM95ESE。
3.1.2国内ERW套管的生产状况
我国直缝焊套管的生产开始于20世纪90年 代初,中国石油天然气集团公司下属的宝鸡石油 钢管厂引进美国PMC先进生产工艺和设备,建成 了罔内首条年产能10 X 104 t的J55钢级表层套 管生产线。2001年该厂同日本住友金属株式会 社合资,成立了宝鸡住金钢管有限公司,引进日方 先进的管理经验,使年产量首次突破7 X 104 t,产 品质量也有了新的提高,得到同内各油田用户的 广泛认可,取得了可观的经济效益。
目前,国内能够批量生产J55钢级表层套管 的只有宝鸡住金钢管有限公司一家。但对市场需 求量最大的N80钢级套管,国内还没有能力生 产,制约了ERW套管在国内的大面积推广应用。 3.2 ERW套管的买方市场
3.2.1国内ERW套管的市场需求
近年来,我国石油年产量在1. 6 X 108 t左右, 天然气产量也迅速增加,2001年产量已达294 x 108 m3。我国每年钻井5000-6000口,进尺 (2000 -2500) x 104 m。随着油气井深度进一步 的加深,每米进尺消耗油井管的平均指标已从 50 kg/m增加到54 kg/m,因此国内油井管的消耗 是逐年增加的,详见表5。
目前全国每年对套管的需求量约80 X 104 t, 其中表层套管的需求量(11 - 13) X 104 t。发达 国家ERW套管用量占套管总用量的比例已超过
50% ,国内按照同样比例测算,ERW套管的年需 求量将逐步达到40 X 104 t左右。国内ERW套管 的潜在市场是相当可观的。
3.2.2胜利油田套管需求现状
1997 - 2∞3年,胜利油田套管需求量、完井 数量及总进尺见表6每年完井约1 000 - 1 500 口,平均进尺2200 m/口左右。
2003年胜利油田套管主要供应渠道为:无缝 套管是本油田动力机械厂5 X 104 t、天津钢管和 上海宝钢5 X 104 t;宝鸡住金钢管的ERW表层套 管1 X 104 t,进口套管2 X 104 t。
目前胜利油田使用的套管除表层套管采用了 部分ERW套管(每年1万多t)外,其余均采用元 缝套管。在套管消耗量中,从规格来看,φ139. 75 mm(5.5 in)和φ177.8 mm(7 in)的油层套管所占 比例最大;从钢级来看,J55和N80数量最多,其 次为PlIO等。预计,胜利油田对N80钢级ERW 套管的年需求量将逐步达到6 X 104 t以上。
4结语
ERW套管和无缝套管相比,具有尺寸精度 高、焊缝韧性好、抗挤压性能好、质量易于控制以 及成本低等优势。在美国等发达国家,ERW套管以成功取代了相当一部分无缝钢管,用量占套管总用用量的50%以上。我国在这一领域的起步较晚,但近几年来,随着钢材冶炼技术发展,ERW套管使用量以有所扩大。对现有数据的统计和分析结果表明,今后,ERW套管在油井管中所占比例将会进一步扩大。


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