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中国钢铁工业产品开发市场开拓奖申报书

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一、项目基本情况

编号： 2010004 项目名称 高钢级（TP80S（S）～TP100S(S)）抗硫化氢腐蚀石油专用管研制与推广 完成单位 天津钢管集团股份有限公司 项目起止时间 1996年 5月 ～2000年5 月 用于生产时间 1999年5 月 项目基本情况 （内容包括：项目背景、项目目标、主要技术管理路线、实施过程中的主要创新、主要实施效果和贡献、与国内外先进指标的对比、体现的社会作用和经济效益） 1、项目背景: 据统计世界油气田中大约1／3含有硫化氢气体。我国许多油田如四川、长庆、华北、新疆、江汉等油田的油气层中都含有硫化氢，其中尤以四川油田为例，它是世界上腐蚀最严重的油气田之一。国外也有许多含硫化氢的油气田，如美国的巴罗马油田、加拿大的平切尔湾油田。普通套管在用于含硫化氢的油气资源开采时，套管在使用应力和硫化氢气体的作用下，往往会在受力远低于其本身屈服强度时突然发生脆断（这种现象称为硫化氢应力腐蚀），轻者造成套管柱或整口井报废，重者会造成井喷，使硫化氢随油气一同外溢，造成整台钻机及周围生态环境的巨大破坏。 因此，开采含硫化氢的油气资源就必须使用抗硫化氢腐蚀石油专用管。同时，API SPEC 5CT中抗硫化氢应力腐蚀石油套管仅有C90和T95两个钢级产品的技术规范，而日本、美国、意大利等国的生产厂家均有自己的产品系列。抗硫化氢腐蚀石油专用管是高技术含量的产品，其生产技术在世界范围内被视为顶尖技术而严格保密，只被少数先进的大型钢管企业如日本的住友金属、NKK、美钢联等垄断。为打破国外技术和产品垄断，降低石油、天然气的开采成本，为公司形成新的经济增长点，通过自己的努力掌握全部抗硫化氢腐蚀石油专用管的制造技术，开发具有独立知识产权的高强度抗硫化氢腐蚀石油专用管产品，逐步占领国内市场，参与国际竞争，实现高钢级抗硫化氢腐蚀石油专用管国产化，产品国际化。 2、项目目标： 天津钢管集团股份有限公司凭借自己先进的套管生产技术设备、先进的科研手段、高素质的科研人员，在市场调研、技术分析和前期成功研制开发API 产品C90、T95抗硫化氢套管的基础上，拟定了一系列具有自主知识产权的高强度抗硫化氢应力腐蚀石油专用管1

的研制方案，实现高钢级（TP80S（S）～TP100S(S)）抗硫化氢腐蚀石油专用管研制，并在国内外推广，实现抗硫化氢腐蚀石油专用管国内占有率达到50%以上，并有部分产品出口创汇。 3、主要技术管理路线： 此项目是通过天津钢管集团股份有限公司技术中心和销售公司两个部门合作完成的，技术中心负责产品的钢种设计、工艺设计和性能指标以及抗腐蚀性能评价；销售公司负责产品的包装、销售、宣传和推广。 技术中心通过钢种筛选和优化找到合适的成分配比，通过炼钢、轧管、热处理和管端加工工艺结合纯净钢冶炼技术、热轧精轧技术和整管热处理技术等工艺设计实现良好的力学性能和抗腐蚀性能，保证成品满足用户的要求。 销售公司通过组织技术人员与用户面对面的技术交流，并与重点用户达成试用技术协议。在成品开发出来了，油田用户先试用，满足技术指标和试用性能，效果良好后，签订正式的采购协议。同时销售公司和技术人员做好全面服务和跟井工作，定期与用户技术交流，得到第一手反馈信息，做好后续产品的改进和推广工作。 4、实施过程中的主要创新点： （1）、钢种设计：在国内首先设计采用中碳铬钼系钢中生产出符合API SPEC 5CT并完全满足油田实际抗硫化氢应力腐蚀性能要求的高强度抗硫化氢应力腐蚀套管。 （2）、独特的纯净钢生产技术：高强度抗硫化氢腐蚀石油专用管成品成分P≤0.010%，S≤0.005%，H≤2ppm。其他低熔点元素均在控制数10ppm内。 （3）、夹杂物变性技术：在国内首先以改变长条状MnS夹杂物的形状为控制要点，实现消除裂纹源，有效地提高材料的抗硫化氢应力腐蚀性能，达到高钢级抗硫化氢腐蚀石油专用管具有良好的抗腐蚀性能。 （4）、独特的钢管热处理技术：获得均匀一致的回火索氏体组织和细小晶粒以达到高强高韧的平衡效果，保证钢管的各项力学性能和抗硫化氢应力腐蚀性能。 （5）、独特的控制钢管残余应力技术：选择合适的钢管加热制度，热矫直温度制度和二次定径工艺，有效控制钢管的残余应力，从而克服高强度套管处在硫化氢应力腐蚀敏感区的技术难题，使钢管具有非常优异的抗硫化氢应力腐蚀性能和抗挤毁性能。 5、主要实施效果和贡献 此项目设计了化学成分，制定生产工艺， 并完成了全部的研制工作。经测试，天津钢管集团股份有限公司高强度抗硫化氢腐蚀石油专用管的化学成分、机械性能、夹杂物、晶粒度、抗硫化氢应力腐蚀性能和其他使用性能全面满足了API SPEC 5CT和中国石油物资装备总公司“套管订货补充技术条件”的要求。TP80SS套管经过工厂严格的评价试验并于2001年在四川油田成功地进行了6口井的下井试验，从而获得了油田用户的全面认可。TP90S于 2001 年首次下井使用。TP95S于 2001 年首次下井使用。TP100S 2006 年首次下井使用。 70年代末以来，我国虽自行研究开发了一些抗硫化氢应力腐蚀钢，但在抗硫化氢套管的生产上还是空白。 国内其他钢管生产企业尚未开展抗硫化氢应力腐蚀石油专用管的研制、开发和推广工作。在TP80SS开发成功后，只有天津钢管集团股份有限公司掌握该项产品的生产技术诀窍并已批量生产，同时为更高钢级TP90S(S)、TP95S(S)、TP100S（S）2

提供了宝贵经验，也为国内抗腐蚀石油专用管研究企业提供了可参考的技术路线和指标。自研发伊始就与重点油田用户合作，深入施工现场，跟踪油套管的使用，满足用户个性化需求，仅统计高钢级抗硫化氢腐蚀石油专用管近三年来的销售记录。其中TP80S(S) 吨，TP90S(S)、TP95S(S)、TP100S（S），实现了国内占有率为80%。并有大部分产品出口其中TP80S(S)1039吨、TP90S（S）7106吨、TP100S（S）275吨。 6、与国外先进指标对比 此项目开发出的系列产品采用国际上通用的中碳铬钼系钢。生产工艺采用具有国际先进水平的短流程工艺路线并在纯净钢生产技术、夹杂物变性技术、钢管热处理技术、控制钢管残余应力技术形成独特的技术诀窍。与API标准值和代表着世界最先进水平的日本同类产品性能对比，具体对比结果如下表所示： 钢管的性能与API标准和日本同类钢管对比表 项 目 钢 级 屈服强度(Mpa) 抗拉强度(Mpa) 硬度 △HRC 夏氏冲击功 (10×10 mm) 温度(℃) L80 API 规定值 T95 本 发 明 钢 TP80SS 600 719 22 3 0 166 655～758 724 25.4 C90 552～655 655 621～724 689 23 25.4 - 3～4 3～4 0 0 14～23 - 14～26 - ＞5 MIN（J） 组织 晶粒度（级） （HRC） MAX MIN～MAX MIN 0 14～27 - 回火索氏体 回火＞5 8.5 TP90S 677 800 24 3 0 85 索氏体 回火8.5 TP95S 691 821 24 3 0 108 索氏体 回火8.5 TP100S 736 879 29 3 0 146 索氏体 8.5 日本钢 SM80SS 592 687 22 3 0 101 回火8 3

马氏体 22 KO80S 583 679 3 0 122 回火马氏体 22 NT80S 625 706 3 0 96 回火马氏体 SM90S SM95S 708 673 799 760 801 24 25 25 3 3 3 0 0 0 114 196 62 带状 带状 回火马氏体 8 8 8.5 8 8 KO95SS 724 注：表中钢管和日本钢管性能均为平均值。 此项目开发出的钢管按照NACE TM0175-92标准的要求，用NACE TM 0177-96 A法试验，结果表明该钢管具有良好的抗硫化氢应力腐蚀性能，其抗硫化氢应力腐蚀门槛值σth达到了90％SMYS（名义最小屈服强度）。此指标不仅优于API SPEC 5CT规范抗硫化氢应力腐蚀门槛值σth 85% SMYS的要求，而且超过日本同类产品抗硫化氢应力腐蚀水平门槛值σth的出厂保证值。其中TP80S(S)、TP90S(S)、TP95S(S)、TP100S(S)抗硫钢管（Φ244.5mm和Φ177.8mm）在四川中、高硫化氢含量的油气井使用，最大下井深度达到4328.06m。使用效果与日本同类产品相当。 7、体现的社会和经济效益 天津钢管集团股份有限公司成功地研制出具有独立知识产权的高强度抗硫化氢腐蚀石油专用管并投放市场，结束了我国不能生产此类石油专用管及石油工业严重受制于人的历史，对我国石油工业的战略发展十分有利。 由于实现了高强度抗硫化氢腐蚀石油专用管的国产化，国内石油行业在质量标准丝毫没有降低的前提下，降低采购成本，从中获得直接经济效益。同时也使得进口的日本和美国的高强度抗硫化氢腐蚀石油专用管的价格降低，从而使我国石油行业从中获得间接的经济效益。 (不超过3000个汉字) 4

二、创造性贡献要点

一、生产工艺技术装备创造性贡献要点 1.生产工艺创造性要点: 1）、纯净钢冶炼工艺：采用夹杂物元素含量低的优质废钢，运用超高功率电弧炉进行冶炼，通过向钢水中加入高活性度的石灰造泡沫渣，充分吸附钢水中的有害元素P、S等；使用偏心炉底出钢，再采用独特的纯净钢技术（钢包炉精炼＋真空脱气）＋夹杂物控制技术（包芯丝喂丝处理），进行炉外精炼。严格控制钢水化学成分，通过造泡沫白渣工艺，提纯钢水成分，并通过向钢水中喂入Si-Ca丝改变夹杂物形态，使长条状的MnS夹杂转变成Ca的球形复合夹杂物；然后进行真空脱气，确保高真空时间不小于10分钟，使钢水中的气体充分去除，最大限度地降低钢中气泡夹杂。最后用连铸机铸成圆形钢坯，严格控制钢水过热度、拉坯速度和冷却水量。 2）、精轧工艺：采用预穿孔机穿孔技术，采用精轧控制轧制精度，通过限动芯棒连轧机轧制，再通过定径机或张减机精确定径，在冷床上冷却后，锯切、冷矫直，最后将制出的钢管经过无损探伤和精整。 3）、热处理工艺：钢管在淬火加热炉中加热到800-950℃，进行淬火，然后在回火加热炉中加热到600-750℃，进行高温回火；采用高温定径和高温矫直，温度控制在500-650℃；通过无损探伤，然后进行管端车丝、接箍拧接、另一管端车丝，成品管再进行静水压试验，两管端头上保护环，进行喷标、涂漆，接箍做镀铜处理，最后制成成品钢管。 2.技术装备性要点： 1）、炼钢设备：短流程工艺，偏心炉底出钢保证钢水的纯净度，炉外精炼设备降低钢中夹杂物含量，VD真空脱气设备保证钢中含有尽可量少的气体，喂丝设备实现夹杂物变性处理，使长条状的MnS夹杂转变成Ca的球形复合夹杂物，从而改善钢的韧性、各向异性性能、降低残余应力，提高抗硫化氢应力腐蚀性能。六流连铸设备采用带有Ar气密封的保护钢管，中包覆盖剂，浸入式水口和结晶器保护渣的保护浇铸先进技术，使钢水和空气完全隔离，防止钢水在浇铸过程中的二次氧化。 2)、轧管设备：采用MPM和PQF两种类型的轧制，根据不同规格的产品，选择合适的轧机。其中、PQF轧机目前世界最先进的连轧管设备，通过三辊连轧钢管孔型控制、轧辊压下及平衡方式，还有自动化控制管理系统等方面的三辊限动芯棒轧管机组。PQF限动芯棒三辊连轧管机避免 “竹节”现象，除管端部，整根钢管壁厚不均不超过±4%。外径控制精度范围±0.5%，壁厚控制精度范围±7.5%。整体直度≤0.15%，局部偏差<3mm/m。 3）、热处理设备：采用内喷外淋的淬火设备，加热炉温度变化控制在±10℃，均匀的加热温度、均匀的淬火条件和水淬方式，保证管子的整体性能和组织的均一性，从而有效地保证材料的抗腐蚀性能。 4）特殊扣加工设备：针对抗腐蚀材料的特殊要求开发特殊扣，保证密封性和抗粘扣性。 3.创造性贡献要点 1）材料设计。在国内首先设计采用中碳铬钼系钢中生产出符合API SPEC 5CT并完全满足油田实际抗硫化氢应力腐蚀性能要求的高强度抗硫化氢应力腐蚀套管。材料的设计及生产工艺具有自主知识产权，成功经验对多行业的材料设计均有启发和指导贡献。 2）材料应用。高强度抗硫化氢腐蚀专用管开发目的就是应用在含硫化氢极高的恶劣生产环境，使不能开采的油气井和恶劣腐蚀环境的油气田的开发变成现实，增加国内可开采的油气田种类。通过不同钢级和钢种的设计，满足不同油气田的需要。高强度抗硫化氢腐蚀专用管开发成功及应用为油田安全开采以及加大开采的可能性作出了巨大的贡献。 5