非API油井管评价技术发展与标准化

世界金属导报/2010年/6月/8日/第016版

专题研究

非API油井管评价技术发展与标准化

秦长毅

1957年，全国总钻井进尺529万m，1977年增加至352.3万m。2004年，全国石油钻井进尺达到1300万m，随后2005年和2008年先后突破1800万m和2000万m。随着石油钻井从最初的中浅井、深井逐步向分支井、水平井、大位移井、套管钻井、欠平衡气体钻井、超长水平井发展，对石油管材的要求日趋严格。

1非API油井管发展机遇与挑战

随着钻井难度增大，钻井工艺不断创新，勘探与生产任务更加艰巨，对石油管材提出更高的要求。

全国各油气田(尤其是西部，以塔里木、西南、长庆为代表)日益苛刻的服役条件复杂多变，不同表现为“三超”、“三高”或“三低”。

油气井深井和超深井，深度有的在3000m，多数都在5000m，少数达7000m；

腐蚀环境更具高危险性，高温高压与高酸性，或H2S和CO2并存，腐蚀性组分复杂，变化范围大；油气田工况规律需不断摸索，掌握难度较大。

目前，油田勘探开发面临的主要问题包括:①高温高压气井管柱的损伤破坏密封完整性(见图1)；②深井套管柱挤毁变形的各种缺陷破坏结构完整性(见图2)；③油气井管柱CI-、CO2、H2S引起的腐蚀(见图3)。

塔里木和四川等油田地层层系复杂，有砾石、煤层、盐膏、软泥岩等，复合盐层埋藏较深，地层压力特别高，地层倾角大，极易发生井斜，此外还含有高压、高含CO2和H2S的腐蚀环境，这些因素都对油井管提出了更高的要求。

1.1非API标准油井管产品的发展

随着国内油田特别是西部油气田的开发，对油井管的技术要求越来越高，仅符合API标准的钻杆和油套管已经无法满足使用要求，迫切需要高性能的非API油井管。

为了满足油田勘探开发的生产需要，国内外骨干生产企业均开发出高性能的非API油井管；钻杆、套管、油管都形成了品种繁多的非API钢级，并在国内逐步推广使用。表1～表6是国内外非API油井管分类及性能要求。

2008年，国产特殊螺纹接头油套管产量已达到13万t，国内使用约9万t，其余出口。同期，国内特殊螺纹接头油套管使用量约18万t，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，而且国产化率仅为50%左右。

1.2非API标准油井管产品在国内油田的应用

①塔里木油田

塔里木油田深井、超深井、高压气井比例高，压力最高达到120MPa，存在CO2、H2S腐蚀，有的地区比较严重。同时，塔里木油田对特殊管材需求量较大，油套管95%是非API管材。

②长庆油田

苏里格气田埋藏深度约为3200~3500m，属于“低渗、低压、低丰度”气田。需要满足低成本开发要求并兼顾经济性和安全可靠性的管材及附属产品:较低钢级管材、简易特殊螺纹、ERW 管材、特殊螺纹密封脂等。

因此，苏里格气田对非API油井管产品大量采用，种类繁多，用途各异，性能满意度差别很大。防腐措施也是多样化，既有耐蚀材料的使用(如13Cr，HP13Cr，316L，2205等)，加注缓蚀

剂，也有使用涂层、双金属复合管、非金属管、阴极保护等，效能很难评价；非API油井管常常要面对未知的技术挑战，其质量和性能往往不能满足(或不能完全满足)这种新要求，因此，对其质量和性能必须提出严格的要求，并需要不断细化要求。

1.3非API油井管存在的问题

目前，非API油井管在生产中存在如下诸多问题:①无国家(行业)产品质量监督和监督抽查；

②无国家(行业)行政许可、制造许可；③无国家(行业)产品标准和验收规范；④无产品质量认证(API 会标)；⑤现场验收检验依据没有公正性；⑥开发验证代替鉴定评价；⑦适用性评价试验缺乏系统性；⑧特殊螺纹检测没有公认的计量基准。

非API油井管出现失效的原因是多种多样的，有一个核心的原因，那就是缺乏非API油井管系列标准——产品标准、检测评价标准、设计标准和现场使用规范等，致使产品开发与生产呈复杂化；油田管理难度大；管柱设计和管材选用不当；加上对工况条件和特殊工况管材适用性的研究和认识不足，一定比例的非API油井管产品仍出现质量问题，给油田勘探开发造成巨大的经济损失。

1.4目前比较可行的办法和措施

针对目前非API油井管在生产和应用中出现的问题，可以采取以下一些办法和措施:①非API 油井管产品和技术开发需统一协调；②特殊用途产品的开发必须锁定目标油田；③全面掌握工况条件，开展适用性评价；④对非API油井管的应用效果进行评价；⑤组织制订规范和标准，加强检验、检测；⑥对生产企业进行准入评审与产品鉴定；⑦实施严格的质量监督与驻厂监造。

2非API油井管试验检测与鉴定评价

非API油井管质量监督检验通常包括以下一些试验项目(见表7)，同时也发现了一些存在问题。

近三年腐蚀检测评价分析结果表明，就综合防腐性能来看，双金属复合管满足油田现场应用要求(见图4)。近三年检测评价项目分析也表明，国产超级13Cr油管耐蚀性好。

3非API油井管评价技术的发展

3.1适用性评价试验

适用性评价试验的目的在于符合性与适用性统一，是非API油井管正确选择、管柱设计验证和质量控制的重要基础。以下油气井应进行管柱的适应性评价:

①探井、复杂结构井(深井、超深井)管柱结构；

②高温、高压、高含腐蚀等复杂工况管柱结构；

③开发井在井身结构或作业压力发生改变时；

④超深、高压、高产井的管柱结构；

⑤首次使用或更换套管产品类型的管柱结构；

⑥优化(或简化)后的井身管柱结构；

⑦其他涉及到新产品、钻完井新技术新工艺应用的油气井管柱。

3.1.1试验方案和程序的选择

(1)油套管螺纹密封性能评价试验

非API油井管套管螺纹密封性能评价试验采用ISO 13679标准，也可以采用简化方案进行试验(见表8)。

ISO13679标准在API RP5C5标准的基础上强化了不同井况条件下油、套管柱性能验证，提出了密封包络线和强度包络线的概念，推荐了特殊工艺井条件下的评价方法。

试验标准对比

API RP 37的名称为接头设计验证(Proof-Test)的评价程序。API RP 5C5的名称为接头评价(Evaluation)程序。ISO13679的名称为接头试验(Test)程序。

API RP 37的试验没有分级别，API PP 5C5和ISO13679对试验进行了分级，API RP 5C5的