石油及天然气用油井管和输送管生产现状

    管材的应用主要与石油和天然气的开采以及输送有关。其中最具代表性的产品为油井管(OCTG)和输送管，顾名思义，前者用于石油和天然气的钻探和开采，后者用于原油和天然气的陆地以及海上运输。
    油井管
    产品类型
    油井管可粗略划分成钻探管、套管以及管道。钻探管用于油井钻探，因此要求其具有良好的耐磨、耐疲劳以及耐腐蚀性能；套管插入钻后的井中，并衬上混凝土以防止地层压力造成的塌陷；管道放人套管内部，用于石油和天然气的开采。由于管道内不断流动着腐蚀性流体，根据环境的腐蚀程度，采用了各种各样的耐腐蚀性产品。
    日本钢铁生产者主要供应套管和管道
    生产方法
    无缝管由于其可靠性主要用作油井管；随着焊管技术的发展，电阻焊管正在稳步地向这一市场发展。
    由于油井管通过联结件而不是通过焊接加以接合，适合通过正火、淬火和回火进行热处理的高碳钢通常被用作碳钢、低合金钢以及13Cr钢生产的无缝管的连接件。对于双相产品以外的高合金钢，油井管所要求的高强度可通过拉拔或挤压等冷加工以获得。
    材质
    钻探深度不断增加，到目前为止已超过10000m，深井用油井管为经受住自重必须具备高的强度，即随着钻探深度的增加，油井管的强度也在增加。油井管强度不断增加，已从H40和J55增加到N80和P110。目前主要的强度水平为80kSi。
    自20世纪40年代以来，地层中所含的凝析气、H2S和CO2易造成腐蚀问题，为解决此问题，已开发出各种各样的高耐腐蚀性油井管。碳钢和低合金钢产品适合用于不含C02的环境中，而且分别用在酸性气体(H2S)和脱硫气体环境中。超过13Cr的高合金产品适用于C02环境中。具体产品的应用根据H2S的分压和温度而定。
    一用于耐硫化物应力裂纹的低合金钢
    在潮湿的H2S环境中，油井管的硫化物应力裂纹(SSC)加速了钢的腐蚀过程。在硫化物应力裂纹中，最硬的微观组织充作裂纹起始点，因此如何形成细小的、均匀的微观组织在很大程度上影响着耐硫化物应力裂纹的性能改善，解决此问题所采取的一般措施是通过降低磷和锰含量来防止微观偏析和晶界偏析的发生。而且通过淬火和回火以及控制合金成分和热处理条件可获得均匀的微观组织。20世纪60年代，耐硫化物应力裂纹的低合金钢油井管开发成功，自此强度级别不断增加(C75、C90、T95和C110)。
    一用于耐C02和耐CO／SSC的铬钢以及高合金钢
    在脱硫(CO2)环境中，碳钢易发生局部腐蚀。增加钢中的Cr含量可有效抑制这种腐蚀。因此AISl420型13Cr钢广泛应用于CO2环境中。用于生产油井管用无缝管的这种13Cr钢中的碳含量约为0．20％。
    在H2S和C02环境中，13Cr钢对硫化物应力裂纹极为敏感，因此在这种环境中通常采用的是22―25Cr双相不锈钢。这种双相不锈钢通过冷加工易于获得更高的强度。最近，增强型13Cr钢已开发成功，而且其可用于含微量H2S和C02的环境中。这种钢的基本成份是降低了碳含量在AISl420基础上增加了Cr的有效含量并添加了Mo元素以提高其耐H2S性能。
    在高温以及高H2S分压这样极为恶劣的环境中，通常采用的是高镍基合金。在高H2S分压和环境中，由于镍含量较高，其外层形成的Ni―S薄膜和内层形成的CrO薄膜可提高其抗腐蚀性能。这种类型的合金钢通常用作管道。
    一用于耐倒塌的碳钢和低合金钢
    油井管也要求能抵抗由于地层压力造成的倒塌，油井管良好的圆度以及均匀的壁厚可提高其耐倒塌性。
    输送管
    类型及生产方法
    输送管用于集油管线、出油管线和输送线。集油管线用于收集井中产生的原油和天然气；出油管线用于输送集油管线收集的原油和天然气到脱水／气体处理／精炼厂开采平台。这些输送管暴露于腐蚀性环境中．通常采用小口径、厚壁无缝管产品。
    输送管线用于将脱水后的油和天然气远距离输送到消费中心。为确保输送效率，通常采用大口径管，主要产品是UOE管。
    材质
    输送管是通过焊接方法加以连接，因此除高强度和耐腐蚀性能外，必须要求其具有很好的焊接性能，一般情况下采用低碳钢材料。而且输送管多数情况下用在严寒地区或海底，因此必须要求其具备很好的低温耐性。
    输送管中最具代表性的高强度钢种为APIX―65，然而近来对输送管的强度要求不断提高。而且输送管与油井管一样，也要求其耐H2S和C02。
    一高韧性碳钢
    地处严寒地区的输送管线必须具备极限低温韧性。钢材生产一般所采用工艺为控制轧制，但近来，生产工艺已转为采用形变热处理(TMCP)，这种工艺即是将轧制以及轧制后的快速冷却结合起来。日本钢铁生产者已普遍采用了这种工艺，这种工艺可使生产的低碳钢板具有高强度，极大地改善了输送管的焊接性能。
    一用于耐氢致裂纹的碳钢
    在潮湿的H2S环境中，输送管不仅易产生硫化物应力腐蚀(SSC)，而且易产生氢致裂纹(HIC)。采用形变热处理工艺生产的钢板可防止氢致裂纹产生。而且采用此工艺所获得的细小均匀的微观组织可极大地改善其耐硫化物应力腐蚀性能。
    一用于耐C02和CO2／硫化物应力腐蚀的铬钢和高合金钢
    尽管13Cr钢具备高效地耐C02性能，但其很少被用作输送管材料，主要用于其碳含量较高致使其焊接性能以及焊缝区的韧性较差。因此，在C02环境中，通常选择具有良好焊接性能的耐腐蚀双相不锈钢用作输送管材料。
    近来，增强型低碳13Cr钢的应用开始增加，主要由于其与双相不锈钢相比，具有更好地经济性。在高的H2S分压环境中，采用复合管是另一种选择，其强度和韧性通过用作基础材料的碳钢或低合金钢加以保证，其耐腐蚀性能通过采用高合金材料衬加以获得。
    日本钢铁生产者生产的高级油井管和输送管
    日本生产的油井管和输送管的产量占其管材总产量的极大份额。全球油井管和输送管的3大生产中心为日本、欧洲和南美。为满足用户需求，日本钢铁生产者开发出多种高强度以及耐腐蚀性油井管和输送管，同时积累出成熟的生产技术。
    未来的发展趋势
    目前能源利用的一大趋势是从石油向天然气的转换，主要因为天然气使用过程中释放的C02较少。但在高压气体输送过程中必需增加输送管道材料的强度，而且为改善气井的生产效率，必须选择大口径薄壁油井管，要选择薄壁油井管必须增加其材料强度。
    随着用户要求的不断提高，油井管和输送管的强度也在不断升级。目前，已开始对C110油井管和X80输送管进行试验及检测。预计不久的将来这种高强度产品便可进行商业化生产。