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本文闡述了工業(yè)用不銹鋼管的主要應(yīng)用領(lǐng)域是石油、化工、天然氣、電力設(shè)備制造、造船、造紙等行業(yè)。不銹鋼管用于各大石油公司的主要管道系統(tǒng)開發(fā)，并且也是鉆井來油釆氣輸送工程的主要材料。標(biāo)準(zhǔn)耐高溫不銹鋼管在甜、濕、酸服役環(huán)境下表現(xiàn)很好。加大石油、天然氣資源勘探開發(fā)力度，穩(wěn)定國內(nèi)石油產(chǎn)量，促進(jìn)天然氣產(chǎn)量快速增長，推進(jìn)煤層氣、頁巖氣等非常規(guī)油氣資源開發(fā)利用，當(dāng)石油工業(yè)逐漸轉(zhuǎn)向高溫、高壓工程時(shí)，超級耐高溫不銹鋼管將會更多地被釆用。在“十二五期間，國家重點(diǎn)發(fā)展節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)、新能源產(chǎn)業(yè)、生物產(chǎn)業(yè)、高端裝備制造業(yè)等產(chǎn)業(yè)，這些產(chǎn)業(yè)將推動高端不銹鋼管行業(yè)需求的增長。

1不銹鋼管在各個(gè)行業(yè)中的應(yīng)用及發(fā)展趨勢

1.1鋼管的分類和應(yīng)用

  鋼管是一種中空的長條鋼材，大量用作輸送流體的管道，如石油、天燃?xì)�、水、煤氣、蒸氣等，另外，在搞彎、抗扭�?qiáng)度相同時(shí)，重量較輕，所以也廣泛用于制造機(jī)械零件和工程結(jié)構(gòu)，也常用作生產(chǎn)各種常規(guī)武器等。

1.1.1鋼管的分類

    鋼管的分類：鋼管分無縫鋼管和焊接鋼管（有縫管）兩大類。按斷面形狀又可分為圓管和異形管，廣泛應(yīng)用的是圓形鋼管，但也有一些方形、矩形、半圓形、六角形、等邊三角形、八角形等異形鋼管。

    無縫鋼管：無縫鋼管是用鋼錠或?qū)嵭墓芘鹘?jīng)穿孔制成毛管，然后經(jīng)熱軋、冷軋或冷撥制成。無縫鋼管的規(guī)格用外徑^壁厚毫米數(shù)表示。無縫鋼管分熱軋和冷軋（撥）無縫鋼管兩類。

1.1.2鋼管的應(yīng)用

    熱軋無縫鋼管分一般鋼管，低、中壓鍋爐鋼管，高壓鍋爐鋼管、合金鋼管、不銹鋼管、石油裂化管、地質(zhì)鋼管和其它鋼管等。冷軋（撥）無縫鋼管除分一般鋼管、低中壓鍋爐鋼管、高壓鍋爐鋼管、合金鋼管、不銹鋼管、石油裂化管、其它鋼管外，還包括碳素薄壁鋼管、合金薄壁鋼管、不銹薄壁鋼管、異型鋼管。熱軋無縫管外徑一般大于32mm，壁厚2.5-75mm，冷軋無縫鋼管處徑可以到6mm，壁厚可到0.25mm，薄壁管外徑可到5mm壁厚小于0.25mm，冷軋比熱軋尺寸精度高。圖一顯示出焊管和無縫管的一些常用的產(chǎn)品規(guī)格。

1.2不銹鋼管發(fā)展現(xiàn)狀

    石油和化工是國民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，其產(chǎn)品在國民經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)鏈中占有舉足輕重的地位，尤其是近20年來，無論是不銹鋼無縫管還是焊管的生產(chǎn)技術(shù)都有了長足的進(jìn)步，產(chǎn)量、質(zhì)量和品種不斷增加和提高，少數(shù)產(chǎn)品的質(zhì)量達(dá)到了國際先進(jìn)水平i但是和國際先進(jìn)水平相比，我國不銹鋼管廠在工藝技術(shù)、裝備水平、產(chǎn)品質(zhì)量等方面尚有較大的差距，需要進(jìn)行技術(shù)改造和提高，以適應(yīng)我國國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的要求。

1.3無縫鋼管行業(yè)發(fā)展的新格局

    無縫鋼管是國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的重要原材料之一，是一種經(jīng)濟(jì)型鋼材品種。被廣泛應(yīng)用于石油、電力、化工、煤炭、機(jī)械、軍工、航空航天等行業(yè)。世界各國、特別是工業(yè)發(fā)達(dá)國家都十分重視無縫鋼管的生產(chǎn)與貿(mào)易。

    從國際經(jīng)驗(yàn)來看：快速增長并不是各個(gè)產(chǎn)業(yè)均衡增長的產(chǎn)物，而是由幾個(gè)更快增長的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)帶動。不同時(shí)期主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)不同，主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)換推動經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速增長。從國內(nèi)經(jīng)驗(yàn)來看：80年代的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)：輕工、紡織等；90年代的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)：基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)和基礎(chǔ)設(shè)施、新一代家電產(chǎn)品、房地產(chǎn)等；1997年以后的經(jīng)濟(jì)減速。是因?yàn)槌霈F(xiàn)主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)的“斷檔”這種局面，到2002年終于改變，一批新的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)浮出水面；帶頭的是住宅、汽車、電子通訊和城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)這些具有一定的最終產(chǎn)品性質(zhì)的先導(dǎo)行業(yè)。這些先導(dǎo)行業(yè)拉動了一批中間投資品性質(zhì)的產(chǎn)業(yè)，主要是鋼鐵、有色金屬、建材、機(jī)械、化工等材料和裝備行業(yè)。以上兩個(gè)方面又拉動了電力、煤炭、石油等能源行業(yè)和港口、鐵路、公路等運(yùn)輸行業(yè)的增長。正是以上各行業(yè)的快速增長帶動了整個(gè)無縫鋼管市場的需求，促進(jìn)了無縫鋼管行業(yè)的快速發(fā)展。

1.4無縫鋼管行業(yè)可持續(xù)快速發(fā)展的機(jī)遇

    國內(nèi)外無縫鋼管市場目前均處于消費(fèi)增長期，國內(nèi)無縫鋼管消費(fèi)量將保持較快的增長速度，為我國無縫鋼管的發(fā)展提供了有利時(shí)機(jī)。

    (1)能源、交通、石化用管需求量不減．高性能品種增長迅速。能源、交通、石油化工等設(shè)旋的建設(shè)和維修所需無縫鋼管仍在鋼材市場需求中占有相當(dāng)重要的地位。近幾年對高性能新品種的需求量增長較快，例如高性能油井管、大口徑電站鍋爐用管、耐腐蝕、耐低溫的石化用管以及不銹鋼管等等。

    (2)輸送石油、天然氣、成品油、煤漿、礦漿等流體的管線管．尤其是高強(qiáng)度管線用管的需求量將會大幅上升。

    (3)建筑業(yè)的高速增長，建筑結(jié)構(gòu)用高檔網(wǎng)架管材需求量增長迅速。

    (4)高技術(shù)含量的鋼管需求量增加。汽車、家電、造船、設(shè)備制造等行業(yè)對無縫鋼管數(shù)量需求增加、品種及質(zhì)量要求提高，無縫鋼管品種向高技術(shù)含量方向發(fā)展。

2不銹鋼管在鉆井中的應(yīng)用

    石油勘探開發(fā)是一個(gè)多學(xué)科交叉、技術(shù)和資金高度密集的行業(yè)，需要消耗大量不同性能、甩途的冶金材料和冶金產(chǎn)品。隨著超深、超斜油氣井以及含H2S、C02、CL-等油氣田的開發(fā)，具有防腐性能要求的不銹鋼材應(yīng)用日益增加。

    2009年我國油井管的總產(chǎn)量超過了1 80萬t，占無縫鋼管總產(chǎn)量的17.62a/6。國內(nèi)市場占有率超過了80%。全年油井管出口34.4萬t，進(jìn)口32.2萬t，出口超過了進(jìn)口，已連續(xù)兩年成為凈出口產(chǎn)品。品種上近年來國內(nèi)不少企業(yè)不僅生產(chǎn)出了按APl標(biāo)準(zhǔn)要求的K、N、C、P鋼級套管，還根據(jù)用戶需求開發(fā)出了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的系列套管，如天津鋼管公司開發(fā)出了TP系列的抗擠毀套管、抗腐蝕套管、抗高溫?zé)岵删�用套管、超深井用套管、以及特殊扣氣密性套管，其�?/span>TP130TT高抗擠毀套管的抗擠毀強(qiáng)度達(dá)到了167MPa以上；高抗擠毀抗腐蝕套管在氯化鈉5%、醋酸0.5%的氧化性腐蝕溶液中，720h不斷裂；TP140V套管下井深度達(dá)到6936m(近期這一記錄還將被打破)；NC-3Cr抗二氧化碳腐蝕套管已經(jīng)批量發(fā)往塔里木油田下井使用。另外寶鋼、成都無縫也都開發(fā)出了自己系列產(chǎn)品。

2.1不銹鋼在油井管和鉆桿中的應(yīng)用

    按照國際通用概念，鉆井深度超過4500m的鉆井稱為深井，鉆井深度超過6000m的鉆井為超深井，超過9000m的為特深井。目前世界上深井鉆探工作量最大的是美國，迄今為止累計(jì)工作量占全球的85%。1984年原蘇聯(lián)在科拉半島的波羅地盾結(jié)晶巖中鉆成世界上第一口12260m特深井SG-3井(1991年第二次鉆至深12869m)。

    隨著勘探開發(fā)鉆井設(shè)備不斷更新改進(jìn)，鉆井新工藝、新技術(shù)不斷發(fā)展，技術(shù)水平不斷提高，鉆井速度加快、鉆井深度增加（最深一口井深達(dá)73 13米）。特別是近些年來，在陸地、海洋的復(fù)雜地層、復(fù)雜環(huán)境地區(qū)，大斜度定向井、大位移水平井、叢式井、開窗側(cè)鉆井逐年增多。隨著油井深度增加，井內(nèi)溫度和壓力相應(yīng)提高，固井完井用油套管服役的地質(zhì)環(huán)境發(fā)生了顯著變化，對油套管的綜合力學(xué)性能、使用性能和壽命提出了更高要求，特別是對強(qiáng)韌性匹配提出了極高的要求，在鉆采石油、天然氣時(shí)，除需要鉆探機(jī)械設(shè)備外，還需要專用管材，即鉆柱、套管、油管等，統(tǒng)稱為“油井管”。下表為鉆探設(shè)備常用的數(shù)據(jù)：

2.2  特殊油井管的種類

2.2.1超高強(qiáng)度油井管

    為滿足深井和超深井的鉆采需要，API標(biāo)準(zhǔn)的鋼級通常為P110。國外已開發(fā)出比AP15CT標(biāo)準(zhǔn)更嚴(yán)格、強(qiáng)度級別更高的油井管。超高強(qiáng)度套管都是特殊螺紋管。日本住友金屬工業(yè)公司的SM系列及G組、日本鋼管(NKK)公司的NK系列等均為超高強(qiáng)特殊螺紋套管。5000m以上的超深井，已使用NK-V150鋼級。這是由于我國有些油田的工況條件相當(dāng)惡劣，使用P110鋼級時(shí)可能會出現(xiàn)失效事故。

2.2.2高壓潰套管

    這種套管的下井深度超過同鋼級、同壁厚的普通套管，且管柱重量相對減輕、套管內(nèi)徑較大。用在3000m以上的油氣井、海洋油氣井中，其經(jīng)濟(jì)效果尤為顯著。目前，在我國的四川、新疆、長慶、勝利以及東海、渤海等油田，已使用日本住友金屬工業(yè)公司的Sm-95T，Sm-1IOT等高壓潰套管以及日本鋼管(NKK)公司的NK-T95，NK- TllO等高壓潰套管。

2.23  防腐蝕套管

    我國一些含硫油氣田，過去在使用API標(biāo)準(zhǔn)中的L80，C90鋼級的套管時(shí)，易發(fā)生問題。近年已普遍使用日本住友金屬工業(yè)公司及日本鋼管(NKK)公司的系列防腐蝕套管，效果很好。防腐蝕套管也是特殊螺紋套管。

2.2.4特殊螺紋油井管

    國內(nèi)油套管螺紋普遍為V型、圓頂錐螺紋。這種螺紋對精度要求不高，易于加工，但連接強(qiáng)度低，密封性差。如國內(nèi)N80，P110套管，即使采用長螺紋連接，其連接率（即螺紋連接強(qiáng)度與套管體強(qiáng)度之比）僅為65%- 85%，并隨著套管鋼級的提高而降低，同時(shí)，其連接的密封性能亦差。這種螺紋主要借助于API螺紋脂來實(shí)現(xiàn)密封。它僅使用在100℃以下的油井中，不能滿足深井的要求。近年來，從國外進(jìn)口的特殊螺紋油套管在深井、超深井、高壓氣井以及稠油熱采井、定向井、重腐蝕井中廣泛使用。有人估計(jì)全球生產(chǎn)的特殊螺紋接頭油管和套管已占全部油、套管產(chǎn)量的21%。共同特點(diǎn)是接頭連接強(qiáng)度高，可以與管體等強(qiáng)度匹配，甚至有的高于管體，適用于深井、超深井。密封性能好，適用于高壓氣井、油井和熱采井。抗彎能力強(qiáng)，適用于斜并、大位移井、水平井。上扣容易，可快速上扣且不易錯(cuò)扣，適用于沙漠、海洋等惡劣環(huán)境下的鉆井作業(yè)。

2.2.5連續(xù)管

    連續(xù)管過去主要用于修井和完井作業(yè)。連續(xù)管鉆井技術(shù)是近年來的一個(gè)研究熱點(diǎn)。連續(xù)管是一種強(qiáng)度和韌性良好的鋼管，卷在滾筒上。主要采用ERW焊管，已成功試制無縫鋼管連續(xù)管。其材料也由碳鋼發(fā)展到低合金鋼（包括淬火回火鋼）及鈦合金。目前正在研制復(fù)合材料連續(xù)管。連續(xù)管的屈服強(qiáng)度一般為492MPa或562MPa，現(xiàn)已發(fā)展到703MPa。連續(xù)管用鋼必須有良好的強(qiáng)韌性匹配，以保證較高的低周疲勞壽命。安東石油公司與BJ公司合作，正在開展連續(xù)油管修井作業(yè)，連續(xù)油管打撈，連續(xù)油管拖動酸化壓裂，連續(xù)油管鉆井、側(cè)鉆井等業(yè)務(wù)。

2.2.6膨脹管

    人們越來越體會到膨脹管帶來的好處。無論是鉆井還是采油，膨脹管都有廣闊的應(yīng)用。通過一種機(jī)械膨脹裝置，靠液體壓力推進(jìn)，推進(jìn)過程中使井下管件經(jīng)過塑性變形達(dá)到擴(kuò)大管徑的目的。割縫膨脹管主要用于封隔復(fù)雜層段，代替常規(guī)割縫襯管和防砂。實(shí)體可膨脹套管的原理是利用坐放裝置將膨脹套管下入井內(nèi)后，根據(jù)金屬的彈塑性變形原理，在擴(kuò)管錐的作用下，于井下通過冷加工將石油管材擴(kuò)到所需要的尺寸。由于直徑膨脹，膨脹管的壁厚要減小2%-5%。其直徑可以膨脹約20%，其長度縮短約8%，塑性變形極限不超過30%。實(shí)體膨脹管膨脹后，其力學(xué)性能、尺寸精度等應(yīng)符合API有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。

2.2.7抗CO2腐蝕油井管

    主要用于C02腐蝕嚴(yán)重井，有時(shí)還用于C02、H2S、Cl-共存包括H20的腐蝕介質(zhì)中。國外有比較成熟的產(chǎn)品。除APISpec5CT列有1個(gè)13Cr鋼級(L80-13Cr)，各生產(chǎn)廠均建立了自己的非API鋼級。以川崎制鐵為例，其非API的13Cr有8個(gè)級，其中，后4個(gè)鋼級稱為超級13Cr。在CO2和H2S共存或H2S分壓未達(dá)臨界值但CI-很高的使用環(huán)境中，13Cr鋼(包括超級13Cr)是不能滿足要求的，需要采用22Cr雙相不銹鋼(ASF2205)或超級雙相不銹鋼25Cr，甚至要采含Cr20%以上、含Ni30%以上的高Ni、Cr不銹鋼和Ni基合金。上述鋼級的管材價(jià)格昂貴，低產(chǎn)氣田一般無力承受。因此，近年來國內(nèi)外都在研究開發(fā)含Cr2-5%的經(jīng)型抗CO2腐蝕油井管。

3結(jié)束語

    我國內(nèi)陸原油產(chǎn)量僅占世界總產(chǎn)量的5%左右，而且單口并產(chǎn)量低，井?dāng)?shù)多，耗管量高。隨著我國石油鉆采由東部向西部及沿海大陸架的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)移，油層的深度也由淺入深，井內(nèi)油氣壓力和溫度亦不斷提高。鉆采條件對油井管的要求很苛刻，一旦油井管選擇不當(dāng)，造成脫扣、壓潰和漏氣，將會使油井報(bào)廢（南疆、川西等地區(qū)的油氣井，一口井投資約3000萬-4000萬元，個(gè)別的高達(dá)1億元）。因此，企業(yè)對油井管質(zhì)量要求越來越高，特殊油井管的用量也越來越大，目前國內(nèi)特殊油井管生產(chǎn)、柔性油管、膨脹套管的開發(fā)基本上是空白。因此，在我國大力開發(fā)高鋼級、特殊油井管勢在必行。