油井管在石油工業(yè)中占有重要的位置，石油天然氣勘探開發(fā)消耗大量油井管。據(jù)國際權(quán)威統(tǒng)計，每鉆進(jìn)一米，約需油井管62kg，2012年我國消耗油井管350萬噸（三桶油和延長石油公司），耗資幾百億元人民幣。

    油井管在石油工業(yè)中的地位，最主要的是其質(zhì)量、性能對石油工業(yè)的發(fā)展關(guān)系重大。油井管服役工況條件惡劣。通常要承受幾百甚至上千個大氣壓的內(nèi)壓或外壓（塔里木油田最高壓力可達(dá)120MPa），幾百噸的拉伸載荷，還有高溫及嚴(yán)酷的腐蝕介質(zhì)的作用。

    油井管損壞有時會導(dǎo)致油氣井報廢。我國西部油田一口油氣井的成本約幾千萬元甚至上幾億元人民幣。油井管的安全可靠性、使用壽命和經(jīng)濟(jì)性對石油工業(yè)關(guān)系極其重大。據(jù)國際鉆井承包商協(xié)會（IADC）統(tǒng)計，每起鉆柱斷裂事故平均直接損失為10.6萬美元。

    鈦合金油井管材料優(yōu)點和應(yīng)用現(xiàn)況

    鈦合金油井管具有優(yōu)異的耐應(yīng)力、耐腐蝕、耐高溫高壓、抗斷裂性、高熔點、無磁性、高抗震性和良好的機(jī)械性能：

    目前，我國日益成熟的鈦合金加工制備技術(shù)使鈦合金油井管具有較低的制造成本；我國是鈦資源大國，而鎳礦資源較為貧乏，從長遠(yuǎn)來講，大力發(fā)展鈦合金油井管代替鎳基合金管有利于進(jìn)一步降低油田開發(fā)成本。

    國外于上世紀(jì)80年代開始進(jìn)行鈦合金管在石化行業(yè)的研究與運用，國內(nèi)寶鈦集團(tuán)、天津鋼管、攀成鋼、寶鋼、北京有色金屬研究總院、忠世高新等單位均在鈦合金材質(zhì)油套管的開發(fā)上取得一定進(jìn)展，產(chǎn)品已初步下井測試。

    鈦合金在石油行業(yè)應(yīng)用的問題

    1、適應(yīng)服役環(huán)境的鈦合金材料種類還不夠豐富；

    2、管材制備加工技術(shù)需進(jìn)一步完善，提高成品率；

    3、重新設(shè)計鈦合金專用密封螺紋結(jié)構(gòu)：

    4、酸化液腐蝕問題急需解決：

    5、存在與碳鋼接觸加速腐蝕問題：

    6、鈦合金韌性指標(biāo)需重新制定：

    鈦合金油井管研究進(jìn)展

    石油管工程技術(shù)研究院從2008年起開始跟蹤研究鈦合金油井管，開展了多個鈦合金研究及試驗評價項目，研究主要集中在以下方面：

    1、鈦合金選材指導(dǎo)與評價：鈦合金油管材料通過了美國腐蝕工程師協(xié)會NACE TM0177-2005標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的抗SSC檢測，表現(xiàn)出良好的抗SSC性能。

    2、鈦管關(guān)鍵指標(biāo)研究：對多種鈦合金進(jìn)行了全面的理化、實物及抗腐蝕性能、服役性能的試驗。

    3、鈦合金氣密封特殊螺紋開發(fā)：與加拿大C-Fer中心合作，進(jìn)行了油套管特殊螺紋接頭氣密封機(jī)理研究，為鈦合金材料量身開發(fā)了氣密封特殊螺紋接頭，取得知識產(chǎn)權(quán)。

    4、鈦合金酸化緩蝕劑開發(fā)：針對鈦合金酸化腐蝕問題，開發(fā)出適用于鈦合金鹽酸酸化緩蝕劑TG-205，該緩蝕劑能夠滿足鹽酸酸化的要求。

    5、鈦合金管ISO13679評價試驗：對全尺寸鈦合金油套管產(chǎn)品進(jìn)行ISO13679 實物評價試驗，通過試驗后獲取進(jìn)入市場的鑰匙，2015年12月第一次通過ISO13679 Ⅱ級試驗，完成全過程產(chǎn)品開發(fā)，并在中國海洋石油集團(tuán)實驗井進(jìn)行下井試驗。取得了很好的試驗效果。

    6、鈦合金專用螺紋脂開發(fā)：開發(fā)出了鈦合金抗粘扣螺紋潤滑脂。

    7、合金抗粘扣表面處理技術(shù)：建立了多技術(shù)路線的抗粘扣工藝方案，解決了鈦合金粘扣問題。

    8、鈦合金螺紋加工及檢測技術(shù)：可實現(xiàn)從設(shè)計圖紙、數(shù)控編程、加工工藝制定和刀具定制、檢測工藝制定和量具定制的全套特殊螺紋設(shè)計及轉(zhuǎn)化技術(shù)，在鈦合金油套管上加工高精度的氣密封特殊螺紋及密封面。

    9、鈦合金標(biāo)準(zhǔn)體系的建立：2015年行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 6896.3-2015《鈦合金油管》發(fā)布；2016年行標(biāo)計劃《鈦合金套管技術(shù)規(guī)范》已立項，在制定中。

    國家對鈦合金油井管非常重視，目前已制定三大課題：

    1、國家科技部科技支撐計劃項目“海底油氣開采用特殊鋼材料產(chǎn)業(yè)化技術(shù)開發(fā)”設(shè)置了“特殊耐蝕合金及膨脹套管應(yīng)用性能評價及標(biāo)準(zhǔn)”課題。

    2、國家科技部重點研發(fā)項目“高耐蝕鈦合金管材與高品質(zhì)鈦帶制造技術(shù)”設(shè)置了“鈦合金油井管應(yīng)用技術(shù)研究”課題。

    3、國家重點專項項目“大型油氣田及煤層氣研究開發(fā)”設(shè)置了“鈦合金鉆桿研究開發(fā)”課題。

    下一步工作建議：

    1、加強服役工況下可用鈦合金材料進(jìn)行試驗研究，建立起適合石化行業(yè)用鈦合金材料體系和性能數(shù)據(jù)庫。

    2、系統(tǒng)研究關(guān)鍵的強度、韌性、耐蝕性等指標(biāo)，建立起符合鈦合金油井管特性的關(guān)鍵性能指標(biāo)。

    3、鈦合金材料的整體管柱力學(xué)設(shè)計尚未健全，需要進(jìn)一步的研究和建立相應(yīng)的管柱設(shè)計方法和規(guī)范。

    4、對各家鈦合金管產(chǎn)品進(jìn)行綜合評價，在深入研究的基礎(chǔ)上進(jìn)行應(yīng)用推廣和指導(dǎo)，并建立動態(tài)跟蹤研究，逐步建立失效分析及預(yù)防體系。

    5、制定完善的鈦合金油井管標(biāo)準(zhǔn)體系。

    寶雞是中國鈦谷，即有寶鈦集團(tuán)這樣的龍頭企業(yè)，也有一大批差異化發(fā)展的民營企業(yè)，研發(fā)、冶煉、加工、應(yīng)用的實力都很強，石油裝備產(chǎn)業(yè)也是寶雞市、寶雞高新區(qū)的重點產(chǎn)業(yè)，希望有更多的業(yè)界人士，投入到鈦合金在石油裝備特別是油氣管方面的應(yīng)用中來，早日實現(xiàn)我國在這個世界性產(chǎn)業(yè)上面的突破。

    專家簡介

    宋生印是中國石油集團(tuán)公司高級技術(shù)專家研究員，國務(wù)院政府特殊津貼獲得者。主要從事石油管工程技術(shù)研究，主持及參與完成國家及省部級各類重大項目30余項，有16項成果獲得國家級省部級獎勵。獲得授權(quán)國家發(fā)明專利22項，其中發(fā)明專利12項。

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責(zé)任編輯：劉洋

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