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《中國標準化》雜志論文

石油管材標準體系研究及發展展望

2019-6-10 13:33:44 | 瀏覽246次 | 《中國標準化》論文 | 全部雜志
  摘要:本義闡述了我因石油管材標準化的基本情況, 對近幾年來石油管材標準化和標準體革進行了研究、 歸納和總結, 對石油管材專業標準化工作面臨的環瓏和需求進行了分析, 提出丁我國石油管材標準化下一步的發展忠􀀋。 
  關鍵詞: 石油管材 標準體系研究 
  1基本情況 
  石油管材標準體系主要分通用基礎標準、油井管標準、 輸送銅管標準、 非金屬及復合管標準、其他焊接鋼管標準、油氣壓力管道及儲罐安全評價標準等六大類。 
  截至目前,石油管材標準總數為194項。其中,現行的國家標準有19項,采用國際標準19項,采標率 100%;現行行業標準87項,采用國際標準和國外先進標準27項,采標率3lo/o, 25項中國石油天然氣集團公司企業標準,均為自主制定項目,來進行采標。 
  石油管材類標準在采用國際標準或國外先進標準方面之所以取得如此好的成績,應歸功于行業標準管理與國際國外標準化歸口管理的緊密結合。 
  2石油管材標準化工作對石油裝備業發展發揮的作用和取得的主要成績 
  2.1油并管領域 
  針對西部油氣田勘探開發技術需求及特殊工況。近年來有關科研院所聯合油囚和生產廠開展了包括高抗擠套管、耐蝕合金套管和油管、酸性油氣即用鉆桿等非油井管關鍵技術的基礎研究、 適用性評價和應用技術攻關,初步建立了我國非API標準洶井管標準體系, 初步形成了高溫、高壓、高含硫油氣回管柱結構完整性和密封完整性技術以及 腐蝕綜合防治技術。 
  對在不同工況下如何選擇、訂購和使用API標準油井管和非API標準油井管提出了基本原則和做法。為油田用戶在深井、 超深井、高由高壓井等復雜工況下正確選用油井管提供了技術依據, 減少了油因因選擇產品不當而造成嚴重的經濟損失。 
  2.2輸送銅管領域 
  近年,因繞重大管道工程建設技術需求進行科技攻關,豐富和提判了高性能管線銅管應用關鍵技術。加強高壓輸氣管線的安全可靠性研究、 油氣管道風險評估和管理技術研究,基本形成了基于風險的管道檢測和評價技術體系。針對重大管道工程結合研發成果,制定了油氣輸送管道用管材通用系 判標準,包括鋼管(板、 卷) 、 彎管、管件等系列標準, 對規范管道建設管材訂貨技術要求,提高效率,保證管材質量和經濟性發揮了重要作用。 
  針對國內大規模的油氣管網的建設,在對X70、X80等離制級管材關鍵技術指標進行科學研究的基礎上,形成了系列管道重大工程用標準。該系列標準為保證西一線、西二線、西三線和中亞天然氣管道建設的順利進行和運行安全可靠性提供強有力的技術支持,相關研究成果對未來的管道項目也將 有重要的參考價值。 
  2.3非金屬及復合管領域 
  非金屬及復合管具有可連續生產、柔性可彎曲 、 重量輕、耐腐蝕、 抗結垢、輸送阻力小等特點,現已 廣泛應用于油氣田的洶氣集輸、高壓注醇、洶回注水、三次采油等領域。 
  國外非金屬及復合管產品研發和使用正日越成 
  熟,相關配套的標準體系也正逐步完善,如APISpec15LR 、 API RP 15CLT、AP! RP 15S、 API SPEC 17K等。 
  近年來,國內非金屬及復合管產品已在塔里木、 長慶西南分公司、大慶、延長等油田得到廣泛應用。但與國外相比, 國內非金屬及復合管產品增強結構和選用材料有自身的特點和局限性,有些產品還不能直接采用國外標準。針對此特殊情況, 制定了一批適合國內需求的石油天然氣工業用非金屬復合管系列標準:鋼骨架增強聚乙烯復合管、柔性復合高壓輸送管增強MC尼龍管和尼克-鋼復合管及管件和鋼骨架增強熱塑性樹脂復合連續管及接頭。 
  這些標準的頒布,明顯提升了非金屬及復合管 
  的質量,大幅度減少了非金屬及復合管使用中存在的隱患,為提高原油產量、保障國家能源安全發揮了作用 , 獲得了巨大的經濟效益。更重要的是減少了鋼管腐蝕失效事故引起的爆裂停產、環境污染等重大事故發生的風險,大大消除了造成不良社會影響的隱患。 
  3面臨的環境和標準化需求分析 
  石油管材專業領域標準化耍圍繞行業重點任務, 如在高寒、深海、沙漠 、 地震和地質災害等惡劣環境下建設長距離、 高壓 、大流量油氣輸送管道, 以及在深層、 灘海、淺海等苛刻環境和深井、超深井、高壓氣井等復雜地質情況勘探開發生產的需要,確定以下重點工作。 
  (1)高強度(X80及X80鋼級以上)管線。油氣輸送管道(特別是天然氣管道)總的發展局勢是持續提 離鋼管的強度水平,以期最大限度降低管道建設成本和輸送成本。X80是日本、 歐洲和北美批量生產并 正式投入使用的管線鋼的最高鋼級。XlOO和Xl20管線鋼也相繼研制成功,正在進行工業性試驗。 
  (2)低溫狀態高強度管線。埋地油氣輸送管道的最低運行溫度一般為0℃,但對于裸露管線(站場及懸跨管段等), 鋼管的服役溫度應按當地的最低溫度考慮,才能確保管道安全運行。在這種情況下,管線鋼的韌脆轉變溫度應低于當地的極限低淚,并且在該溫度下有足夠的韌性。這對高強度管線鋼是 
  相當困難的。 
  (3)具有合適斷裂控制性能的高強度管線。對輸氣管道而言,由于氣體減壓波速度(vd)較低,而鋼管開裂速度(vm,裂紋擴展速率)往往較高,致使Vm ≥vd , 裂紋長程擴展,造成災難性后果。 提高鋼管的韌性, 可以降低裂紋擴展速率,使vm < vd而止 
  裂。如果輸送的天然氣是含有C2-Cs’居類的富氣,需 
  要鋼管有更高的止裂韌性值。因為天然氣中C2-Cs 
  矮類含量越高, 巨p熱值越高,其減壓波速度越低。 
  X80鋼級自1978年問世迄今尚未大規模用于輸氣管道 ,原因之一是斷裂控制等問題未完全解決。 輸送鋼管延性斷裂的止裂與c,,N的關系,主要采用 Battelle等機構的半經驗公式進行計算,并通過實 
  物爆破試驗修正。X70以下銅級已積累了大量數據, 
  其預測的準確性 也得到公認。而X80鋼級的爆破試驗數據太少 預測的可靠性受到質疑。EPRG曾對外徑48in,壁厚17mm的x80鋼級的輸送管進行了全尺寸的天然介質爆破實驗,X80輸送管進行了全尺寸的 天然氣介質爆破試驗。出乎預料的是一根沖擊功高達然氣介質爆破試驗。出乎預料的是一根沖擊功高達221J的鋼管發生了裂紋擴展,而用Battelle公式預測的止裂韌性為125J。 
  當前急需解決高強度管線鋼高壓輸氣(特別是富氣輸送時)的止裂韌性預測可靠性問題,并在此基礎上送時)的止裂韌性預測可靠性問題, 并在此 
  基礎上開發具有合適斷裂控制性能的高強度管線 
  鋼止裂韌性較高的要求,對鋼鐵材料高性能化和現代冶金技術提出了強烈挑戰。 
  (4)抗HIC管線,SSCC和HIC是天然氣輸送管線的主要時效模式,國外抗SSCC和HIC管線鋼已自成體系,sscc和HIC的產生和嚴重程度決定于輸送氣體介質中的分壓。S>300 Pa時必須對 
  管材提出抗sscc和HIC的要求。隨著輸氣壓力的提高,要滿足PH2S運 300Pa則須將H2S的含量 降得非常低,例如: Po=lOMPa時,需要將H2S 降至0.003%以下。 
  國外批量供應的抗HIC宮’線鋼主要是X65鋼級。抗HIC的X70鋼管已研制成功,并在墨西哥一條管線上使用,并已研制出X80級鋼管。中國抗sscc和HIC管線鋼的研發剛剛起步,須加緊研制工作。 
  提高管材抗HIC能力的措施: 1 )提高鋼的純凈度。采用精料 及高效鐵水預處理(三脫)及復合爐外精 煉;2)提高成分和組織的均勻性。在降低硫含量的同時,進行鈣處理及銅水和連鑄過程的電磁攪拌,采用 連鑄過程的輕壓 下技術和多階段控制軋制 及加速冷卻工藝,限制帶狀組織等; 3)晶粒細化。主要在微合金化和控軋工藝上下功夫;4)含量調節。盡量降低碳含量(一般應wC運0.06鋤,控制Mn含量,加Cu。 
  (5 )抗C02腐蝕管線。油田腐蝕中,C02腐蝕 
  與防護的研究尚不夠成熟,而C0 2腐蝕的后果相當嚴重。其用于從油氣井到處理廠間的內部集輸管道未經脫水 、 S和 C02)以及脫 C02不理想的輸氣管線, C02腐蝕問題應引起足夠的重視。在PC02>0.021MPa的前提下, 根據PC02 , PH2S和Ci-含 
  量的不同,可分別選用Cr13馬氏體不銹鋼、 Cr22雙相 
  不銹鋼、 Cr2s超級雙 相不銹鋼、 wNi;;..35%的高Cr-Ni 不銹鋼,直至Ni基合金。與普通管線鋼材料相比,不銹鋼材料的價格較為昂貴。為降低成本,盡量采用上述不銹鋼稱里的復合鋼管。 
  不銹鋼材里的復合鋼管。中國含C02氣田很多,但抗C02腐蝕的管線鋼的研究開發比較薄弱。應注意抗C02腐蝕的管線鋼的 正確選擇和合理使用,并注意研究價格較低的經濟型抗腐蝕管線管。 
  (6)抗大變形管線。通過地震多發區和地質災害區的洶氣輸送管線要求銅管有抗大變形的能力。國外已研制成功了具有抗大變形能力的管線鋼。抗大變形管線鋼有 較高的形變強化指數(n) 較大的均勻塑性變形延伸率,較低的屈強比和無屈服平臺,中國屬多地震國家,地質災害也較嚴重,很需要開發這類管線管。 
  (7)鋼/玻璃纖維復合管管線。隨著管線輸送壓力的不斷提高,對管線鋼止裂韌性的要求越來越高,已超越現代冶金技術的極限。為了解決這一問題,國際上已研究開發了復合材料增強管(CRLP),即鋼/玻鴉纖維復合管,它既利用了鋼的強度,又發揮了玻璃纖維在止裂方面的優勢。鋼/玻璃纖維復合管可降低管道工程的材料成本、安裝費用及焊接成本等,還可取代傳統的涂層。進行該產品研究開發,可在保證管道安全可靠性的同時,提高管道工程的經濟性,目前中國在這一方面尚屬空白。 
  (8)高性能彎管及管件。西氣東輸一線X70級管道配套彎管、管件的成功應用,以及西氣東輸二線X80級配套彎管、管件的研制成功,使我國在這一 領域的技術水平具有顯著提高,也取得了良好的經濟效益。但總體而言,我國彎管和管件生產技術水 平和質量控制手段還有待提高。 
  (9)特殊工況的非APl鋼級油井管。借鑒國外開發非API洶井管的經驗,根據我國陸上石洶工業的具體情況,使“用于深井和超深井的超高強度油井管”,高抗擠套管”,“抗酸性環境腐蝕用油井管”標準化。 
  (10)特殊螺紋接頭泊套管。許多油氣回擁有苛刻條件油氣井,這些特殊工況的泊氣井涉及我國60%以上的油氣田。特殊螺紋接頭就成了這些油氣井的首選目標。應加緊研究開發適合我國各種類型苛刻井 的特殊螺紋油井管。為便于管理和使用,應及時標準化,以減少扣型品種,提高互換性、降低成本。 
  (11)連續油管。國夕陽才連續油管的開發研究方興未艾,通過不斷地開發與應用,使連續油管獨特優勢越來越明顯地表露出來。目前的主要研究熱點是:大直徑連續油管、復合材料連續泊管、連續油管的疲勞強度及使用壽命研究以及如何進一步降低其戚本等。我國油田;在連續油管應用和研究方面剛剛起步,開展標準化對連續油管科學使用和發展十分重要。 
  4結語 
  (1)加大標準體系結構調整力度,開展標準整合工作。凡是采用國際標準或國外先進標準的項目盡可能列入國家標準項目,突出國家標準的制定和行業標準的轉化工作。同時加大交叉重復標準的整合力度,及時廢止不適用的標準,大力提高標準的綜合性和適用性水平,達到對標準體系的優化。 
  (2)加強標準化與科研工作的結合,設立非API油井管、特殊用途非金屬管高性能和特殊性能管線銅管科研專項。 
  (3)目前標準制定得多,執行得少,應研究學習規章制度、法律法規,加強標準宣貫,擴大標準宣貫范圍,涵蓋采購、使用、檢驗和試驗人員。同時, 還應監督標準的執行,檢查標準的使用情況。 
  (4)與ISO、API、OGP等國際國外標準化組織建立更加緊密的聯系,積極參加國際標準化活動,鼓勵有條件的單位和專家承擔國際標準起草任務、參與國際標準工作組的活動,實質參與國際標準制修訂工作。同時,在參考國際標準和國外先進標準的基礎上,開展具有自主知識產權技術標準的研究和制定,在此基礎上積極向ISO和API提出提案,使我國在國際標準上逐步掌握話語權。 
  參考文獻: 
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  [2]金烈元,標準制定的協調,中國標準化,2012(1)64-68 
  [3]江州,構建國家標準體系的關鍵問題研究[J]中國標準化,2012(2)40-44 
  作者:徐婷 鄧波 呂華 
  單位:中國石油集團石油管工程技術研究院
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