1 概述

    石油管是石油專用管(套管、油管、鉆桿、方鉆桿、加重鉆桿、鉆鋌等)和油氣輸送用管線管的總稱，貫穿石油鉆井、完井、采油(氣)和儲運(yùn)工程的各個(gè)環(huán)節(jié)，是石油天然氣行業(yè)重要的必不可少的原材料，其用量占石油工業(yè)用鋼總量的40%以上。常規(guī)石油管產(chǎn)品執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)以美國石油學(xué)會(API)標(biāo)準(zhǔn)為主，這部分產(chǎn)品又稱API石油管。除此以外，鋼管行業(yè)還研發(fā)了大量的特殊石油管，以滿足更加惡劣的地質(zhì)條件、含腐蝕介質(zhì)油氣工況使用，這部分產(chǎn)品的技術(shù)要求高于API標(biāo)準(zhǔn)，不能完全按照API標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)、檢驗(yàn)，因此又稱非API石油管。

    2 API組織及API標(biāo)準(zhǔn)   

    2.1 API組織

    美國石油學(xué)會(American
Pet rol eum Inst itute，簡稱API)成立于1919年3月20日，總部設(shè)在華盛頓，是全世界范圍內(nèi)最早、最成功的標(biāo)準(zhǔn)制定商會之一。1924年出版石油和天然氣工業(yè)用設(shè)備的第一份標(biāo)準(zhǔn)，迄今為止，它所制定的超過500份石油、天然氣化工和采油機(jī)械技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)被許多國家采用。API制定和實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)化綱要的目的在于促使行業(yè)廣泛使用石油天然氣開采工業(yè)通用的安全又可互換的設(shè)備和材料，并廣泛使用已證實(shí)的完善的工程技術(shù)和作業(yè)實(shí)踐。由于API標(biāo)準(zhǔn)的先進(jìn)性、通用性、安全性，API標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)為世界各國廣泛采用，API組織已演變?yōu)榭缭絿绲氖吞烊粴夤I(yè)權(quán)威學(xué)術(shù)組織。

    2.2 API標(biāo)準(zhǔn)

    API“標(biāo)準(zhǔn)”(Standard)是規(guī)范(SPEC)、推薦作法(RP)和通報(bào)(BUL)的總稱。“規(guī)范”(Specif ication)：為便于采購者與制造商之間的溝通，為購自不同制造商及其不同時(shí)間生產(chǎn)的同樣設(shè)備和材料之間提供互換性；以及為設(shè)備和材料在按預(yù)定方式和目的使用時(shí)，具有足夠的安全而批準(zhǔn)和發(fā)布的文件。“推薦作法”(Recommended
Practice)：為在石油天然氣工業(yè)或有關(guān)工業(yè)內(nèi)傳播已經(jīng)驗(yàn)證的和良好的工程、設(shè)計(jì)、制造、建造、安裝、試驗(yàn)和操作的作法而批準(zhǔn)和出版的文件。“通報(bào)”(Bul l etin)：為向石油天然氣工業(yè)及有關(guān)工業(yè)通報(bào)被認(rèn)為不適于作業(yè)規(guī)范或推薦作法的事項(xiàng)而批準(zhǔn)和出版的文件。

    API標(biāo)準(zhǔn)所包括的內(nèi)容有：1)對名詞術(shù)語的定義；2)零部件分類；3)程序描述；4)尺寸規(guī)范；5)建造的準(zhǔn)則：材料、性能、設(shè)計(jì)或作業(yè)；6)對描述材料、產(chǎn)品、系統(tǒng)、服務(wù)或作業(yè)時(shí)的質(zhì)量和數(shù)量的測量；7)對尺寸配合及計(jì)量的描述等。

    2.3 API標(biāo)準(zhǔn)的特點(diǎn)

    API標(biāo)準(zhǔn)是非官方標(biāo)準(zhǔn)，其每一份規(guī)范、推薦作法和通報(bào)中，都明確地表示了它的政策性聲明。API在標(biāo)準(zhǔn)化綱要中明確指出，用戶和制造商是否共同參加API標(biāo)準(zhǔn)的制定，用戶或法規(guī)制定部門是否參考API標(biāo)準(zhǔn)以及制造商是否遵循API標(biāo)準(zhǔn)(除許可證持有者被要求外)，都完全由公司或個(gè)人決定。

    API標(biāo)準(zhǔn)是非常嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臉?biāo)準(zhǔn)，這也是其水平和信譽(yù)的保證。這一點(diǎn)從API對待日新月異新產(chǎn)品的審慎納標(biāo)上可以得到體現(xiàn)。API標(biāo)準(zhǔn)的細(xì)微作風(fēng)，除了表現(xiàn)在它的政策、規(guī)定和聲明的細(xì)微性和邏輯性外，也體現(xiàn)在它對每項(xiàng)規(guī)范、推薦作法和通報(bào)的內(nèi)容中。比如API Spec 5CT《套管和油管規(guī)范》，該規(guī)范篇幅長達(dá)約300頁，規(guī)范中對規(guī)格參數(shù)、技術(shù)要求和檢驗(yàn)方法力求表述完整無歧義，確保標(biāo)準(zhǔn)的準(zhǔn)確、可執(zhí)行。

    API標(biāo)準(zhǔn)非常注重版本內(nèi)容的持續(xù)性。API標(biāo)準(zhǔn)緊隨石油天然氣工業(yè)工藝技術(shù)的發(fā)展而不斷演變，最新版本與最新技術(shù)相適應(yīng)。但是API標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展特別注重經(jīng)驗(yàn)和資料的積累，新的版本除增添最新的成果外，對成熟的技術(shù)內(nèi)容幾乎不做任何修改，這樣可保證各版本之間技術(shù)水平的演變具有長期的持續(xù)性，避免了因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)版本的變化給制造和采購帶來障礙。API每次改版時(shí)均會持續(xù)對新技術(shù)新產(chǎn)品進(jìn)行納標(biāo)，結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)反饋完善標(biāo)準(zhǔn)。如API
Spec 5CT《套管和油管規(guī)范》，2005年7月發(fā)布的第8版首次增加3個(gè)PSL產(chǎn)品規(guī)范水平，2011年6月發(fā)布的第9版第二組的抗腐蝕組別中增加C110高鋼級，2018年12月發(fā)布的第10版

    增大41/2、5、51/2等三個(gè)套管規(guī)格的接箍直徑。API規(guī)范無意排除對優(yōu)良技術(shù)的需求，無意禁止任何人購買或生產(chǎn)符合其他規(guī)范的產(chǎn)品。API的每次改版，對多年來存在的非API系列產(chǎn)品納標(biāo)是非常審慎的。

    API標(biāo)準(zhǔn)特別強(qiáng)調(diào)互換性、安全性和良好的工程實(shí)踐及作業(yè)經(jīng)驗(yàn)，因此其實(shí)用性更強(qiáng)，適用范圍更廣。互換性解決了貿(mào)易技術(shù)障礙，極大方便了世界各國用戶。安全性和良好的工程實(shí)踐及作業(yè)經(jīng)驗(yàn)，使API標(biāo)準(zhǔn)更加具備指導(dǎo)性和權(quán)威性，讓標(biāo)準(zhǔn)使用者放心采用成功的經(jīng)驗(yàn)。

    3 石油管品種開發(fā)現(xiàn)狀

    3.1 API石油管

    API石油管通常要求產(chǎn)品執(zhí)行并符合API標(biāo)準(zhǔn)，按照API Spec Q1《石油、石化和天然氣行業(yè)質(zhì)量綱要規(guī)范》建立并有效運(yùn)行質(zhì)量管理體系，企業(yè)通過API認(rèn)證并授予API會標(biāo)使用權(quán)，在許可范圍內(nèi)標(biāo)志API會標(biāo)。認(rèn)為產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)符合并標(biāo)志API標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品就是API產(chǎn)品是片面的，是對API標(biāo)準(zhǔn)的不完整執(zhí)行。API標(biāo)準(zhǔn)適用的油井管，如果沒有API會標(biāo)，目前看在全世界范圍內(nèi)不能被石油行業(yè)用戶所接受。

    3.2 非API石油管

    雖然API標(biāo)準(zhǔn)的嚴(yán)謹(jǐn)性和科學(xué)性被廣泛認(rèn)可，但API標(biāo)準(zhǔn)也是被公認(rèn)的門檻標(biāo)準(zhǔn)。面對不同的工況條件，雖然訂購鋼管符合API標(biāo)準(zhǔn)，但不滿足使用工況要求；單根管子合格，但連成管柱后，不滿足密封要求。這些情況極易造成石油管使用中事故頻繁、減產(chǎn)停產(chǎn)。套損、油管腐蝕、疲勞損壞原因十分復(fù)雜，但石油管設(shè)計(jì)、選用及采購訂貨技術(shù)條件存在的問題也是不可忽視的原因之一。隨著石油天然氣工業(yè)的發(fā)展，容易鉆采的油氣越來越少，石油鉆采和輸送面臨的實(shí)際工況越來越復(fù)雜。按API標(biāo)準(zhǔn)供應(yīng)的石油管已經(jīng)不能滿足深井、超深井、高壓氣井、鹽膏層、腐蝕介質(zhì)井的勘探開發(fā)，以及高寒、深海、沙漠和地質(zhì)災(zāi)害高發(fā)等惡劣環(huán)境下的長距離、高壓、大流量油氣輸送。

    自上世紀(jì)80年代初開始，非API石油管的開發(fā)和應(yīng)用方興未艾，阿根廷泰納瑞斯集團(tuán)、法國瓦盧瑞克、德國曼內(nèi)斯曼、俄羅斯鋼管冶金集團(tuán)、日本住友金屬(現(xiàn)日本制鐵)和NKK(現(xiàn)JFE)、美國美鋼聯(lián)集團(tuán)等國外鋼管制造企業(yè)不斷開發(fā)非API石油管，并長期高價(jià)壟斷世界高端石油管市場。我國的非API石油管開發(fā)起步較晚，經(jīng)過近20的奮起直追，非API石油管已基本實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，國內(nèi)主要生產(chǎn)廠家有天管、寶鋼、衡陽鋼管、包頭鋼管、攀成鋼(現(xiàn)機(jī)組關(guān)停)、常寶、大冶特鋼、寶雞鋼管、渤海石油裝備等。非API石油管的開發(fā)需要先進(jìn)的生產(chǎn)機(jī)組、高的技術(shù)儲備、大資金投入，國內(nèi)外研發(fā)仍然集中在具有規(guī)模和技術(shù)優(yōu)勢的鋼管生產(chǎn)廠家。

    非API石油管是生產(chǎn)廠根據(jù)用戶需求或?yàn)榱藵M足某些特殊使用性能要求而開發(fā)的個(gè)性化產(chǎn)品，屬于各生產(chǎn)廠家自主開發(fā)的專有或?qū)＠a(chǎn)品、核心產(chǎn)品和高附加值產(chǎn)品。非API石油管包括非API鋼級(主要與材質(zhì)有關(guān)，這類產(chǎn)品的化學(xué)成分、強(qiáng)度、韌性和/或耐蝕性等與API標(biāo)準(zhǔn)石油管相比，具有更高的工程使用性能、更嚴(yán)格的工況針對性)、非API規(guī)格(如外徑、壁厚、通徑和接箍尺寸)和非API特殊螺紋接頭(又稱特殊螺紋)及其組合等三類。對于油井管，多數(shù)情況下，非API鋼級同時(shí)也采用了特殊螺紋。非API石油管品種已達(dá)到200種左右，產(chǎn)量約占全部石油管的30%以上，非API鋼級石油管系列產(chǎn)品。

    API標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)螺紋有短圓螺紋(SC)、長圓螺紋(LC)和偏梯形螺紋(BC)，這些螺紋的規(guī)格參數(shù)和檢驗(yàn)應(yīng)符合API Spec 5B《套管、油管和管線管螺紋的加工、測量和檢驗(yàn)》。特殊螺紋是不同于API Spec 5B規(guī)范規(guī)定的各種螺紋的統(tǒng)稱。圓螺紋具有密封性好但連接強(qiáng)度受限的特點(diǎn)，偏梯形螺紋具有連接強(qiáng)度好但密封性受限的特點(diǎn)，以上標(biāo)準(zhǔn)螺紋不能滿足高壓氣井、深井、高溫高壓井、定向井、水平井的使用要求。而特殊螺紋在解決上述螺紋連接的局限性基礎(chǔ)上，通常還具有抗彎和抗拉壓能力強(qiáng)、容易上卸扣、密封性能好、抗過扭矩能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。不同油田、不同區(qū)塊、不同井況都具有不同的特殊性，任何一種特殊扣都不能包打天下，這也是世界各國知名鋼管生產(chǎn)企業(yè)不斷開發(fā)系列特殊扣的原因。典型的特殊扣系列有V＆M、JFE(如TIGER、BEAR、FOX、LI ON)、Hydr i l、Hunti ng、Tenaris、寶鋼BG、天管TP、衡陽HSM等系列。

    4 石油管標(biāo)準(zhǔn)體系現(xiàn)狀

    4.1 API石油管標(biāo)準(zhǔn)體系現(xiàn)狀

    對于常規(guī)API石油管產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，目前已經(jīng)具有完善的標(biāo)準(zhǔn)體系。除了產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)之外，石油管材標(biāo)準(zhǔn)體系中還包含了產(chǎn)品使用性能和工程設(shè)計(jì)計(jì)算、試驗(yàn)檢驗(yàn)和工程應(yīng)用等配套標(biāo)準(zhǔn)。

    4.2 非API石油管標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)

    完善非API石油管標(biāo)準(zhǔn)體系是鋼管行業(yè)、石油天然氣行業(yè)長期以來的共同夢想。但是，全世界至今仍然沒有一項(xiàng)類似API Spec 5CT或API Spec 5L的世界通用甚至在某一個(gè)國家被廣泛采用的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。目前，非API石油管的交付標(biāo)準(zhǔn)普遍采用API標(biāo)準(zhǔn)加技術(shù)協(xié)議的方式。對于非API石油管，非常缺乏普遍適用的原材料產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。這種情況不僅增加了各企業(yè)重復(fù)研發(fā)的投入，而且200多個(gè)各式品種也不利于用戶設(shè)計(jì)、評價(jià)、選材、使用和管理。

    21世紀(jì)10年代，中國石油集團(tuán)石油管工程技術(shù)研究院組織開展了非API油井管標(biāo)準(zhǔn)化研究，建立了非API油井管標(biāo)準(zhǔn)體系，并組織起草了26項(xiàng)中石油二級企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。其中包括Q/SY-TGRC 1《高抗擠套管》、Q/SY-TGRC 3《耐蝕合金套管和油管》等系列產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，也包括Q/SYTGRC 2《含H2S油氣田環(huán)境下碳鋼和低合金油管和套管選用推薦作法》、Q/SY-TGRC 14《油管和套管螺紋接頭性能評價(jià)試驗(yàn)方法》和Q/SYTGRC 18《含CO2腐蝕環(huán)境中套管和油管選用推薦作法》等基礎(chǔ)通用標(biāo)準(zhǔn)。上述標(biāo)準(zhǔn)中的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，其中規(guī)定“按供需雙方的規(guī)定執(zhí)行，優(yōu)先采用制造廠提出的鋼級和材料。但制造商應(yīng)提供滿足要求的證據(jù)”，分析做出這樣規(guī)定的原因，有以下兩點(diǎn)：

    1)不同油田的地質(zhì)條件、油氣成分各不相同，設(shè)計(jì)選材差異大；

    2)鋼管制造和螺紋加工在上游鋼管制造廠，非API產(chǎn)品均是各個(gè)企業(yè)根據(jù)自身裝備特點(diǎn)、工藝技術(shù)水平而研發(fā)的，在牌號命名、材料成分設(shè)計(jì)、冶煉和軋制工藝、熱處理工藝、特殊扣設(shè)計(jì)、螺紋加工等方面，不僅各不相同，而且多涉及企業(yè)的技術(shù)訣竅。

    5 石油管標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)思考

    1) 石油鉆采、輸送和煉化均具有高風(fēng)險(xiǎn)性。鉆井作業(yè)或采油作業(yè)中一旦發(fā)生事故，輕者造成油氣井報(bào)廢，損失上百萬元甚至上億元；重者造成重大人身傷害或環(huán)境災(zāi)難。如2003年四川開縣井噴事故，2010年英國石油公司在美國墨西哥灣租用的鉆井平臺“深水地平線”爆炸事故。石油管產(chǎn)品應(yīng)用于高風(fēng)險(xiǎn)作業(yè)，其標(biāo)準(zhǔn)的制定要學(xué)習(xí)并借鑒API的規(guī)范、審慎制標(biāo)原則。

    2)對于API標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，如果有等同的ISO標(biāo)準(zhǔn)，可等同或修改采用ISO標(biāo)準(zhǔn)制定國家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)；如果沒有ISO標(biāo)準(zhǔn)，在獲得API授權(quán)的情況下，可等同或修改采用API標(biāo)準(zhǔn)制定國家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。這些標(biāo)準(zhǔn)制定后，由于產(chǎn)品不是執(zhí)行API標(biāo)準(zhǔn)不能使用API會標(biāo)，全球石油天然氣行業(yè)無論在我國還是國外沒有改變只接受API認(rèn)證產(chǎn)品的現(xiàn)狀下，要達(dá)到被市場采用道路漫長。

    3)非API石油管已開發(fā)近40年，希望制定其標(biāo)準(zhǔn)的官方和非官方組織非常多。隨著我國團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)的推出，許多社會團(tuán)體也看見這一塊廣闊的空間。無論是官方組織還是社會團(tuán)體，對于非API石油管的特殊性要有清楚的認(rèn)識，對于制定標(biāo)準(zhǔn)的難度和標(biāo)準(zhǔn)制定后的實(shí)施要有準(zhǔn)確的把握。三類非API石油管中，非標(biāo)規(guī)格用途單一，針對某一特定工況，缺乏單獨(dú)制定標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)；特殊螺紋的齒形和螺紋參數(shù)及密封結(jié)構(gòu)有其設(shè)計(jì)的特殊性，無統(tǒng)一可能；非API鋼級石油管制定統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)可能意味著企業(yè)要放棄自主知識產(chǎn)權(quán)。

    4)上游鋼管生產(chǎn)廠和下游設(shè)計(jì)、檢測、使用單位相互協(xié)調(diào)分工合作，共同完善非API石油管標(biāo)準(zhǔn)體系。對于原材料領(lǐng)域，在不侵犯企業(yè)專利權(quán)的情況下，選取個(gè)別容易找出共性要求的品種，發(fā)揮冶金企業(yè)在鋼鐵材料領(lǐng)域的技術(shù)優(yōu)勢，配合石油天然氣鉆采、輸送等特殊用途工況開發(fā)的需要，嘗試采用雙編號的方式有針對性地開展管材團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)研制，并根據(jù)應(yīng)用情況反饋向其他品種推廣；對于設(shè)計(jì)領(lǐng)域，歸納工況條件分類制定設(shè)計(jì)和選材推薦做法；對于檢測領(lǐng)域，按產(chǎn)品類別分類制定性能通報(bào)和技術(shù)評價(jià)、檢測規(guī)范；對于應(yīng)用領(lǐng)域，分類制定產(chǎn)品現(xiàn)場驗(yàn)收、存儲、使用推薦做法。(世界金屬導(dǎo)報(bào))