高钢级TP80SSTP100SS抗硫化氢腐蚀石油专用管研制与推广.docx
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高钢级TP80SSTP100SS抗硫化氢腐蚀石油专用管研制与推广
附件2
中国钢铁工业产品开发市场开拓奖申报书
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，APISPEC5CT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APISPEC5CT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APISPEC5CT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。
TP100S2006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）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）
MIN～MAX
抗拉强度（Mpa）
MIN
硬度（HRC）
MAX
△HRC
夏氏冲击功
（10×10mm）
组织
晶粒度（级）
温度（℃）
MIN（J）
API规定值
L80
552～655
655
23
-
0
14～23
-
C90
621～724
689
25.4
3～4
0
14～26
-
＞5
T95
655～758
724
25.4
3～4
0
14～27
-
＞5
本发明钢
TP80SS
600
719
22
3
0
166
回火索氏体
8.5
TP90S
677
800
24
3
0
85
回火索氏体
8.5
TP95S
691
821
24
3
0
108
回火索氏体
8.5
TP100S
736
879
29
3
0
146
回火索氏体
8.5
日本钢
SM80SS
592
687
22
3
0
101
回火马氏体
8
KO80S
583
679
22
3
0
122
回火马氏体
8
NT80S
625
706
22
3
0
96
回火马氏体
8
SM90S
708
799
24
3
0
114
带状
8
SM95S
673
760
25
3
0
196
带状
8
KO95SS
724
801
25
3
0
62
回火马氏体
8.5
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NACETM0175-92标准的要求，用NACETM0177-96A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APISPEC5CT规范抗硫化氢应力腐蚀门槛值σth85%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）
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APISPEC5CT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。
3）材料的推广。
高强度抗硫化氢腐蚀专用管的应用和国产化，不仅降低了油田的钻采成本，同时也增强钻采安全，满足油田的多样化需求，减少了油田的采购周期，进而提高了国内大部分油田的采购和生产效率。
同时，高强度抗硫化氢腐蚀石油专用管大量出口，参与国外竞争，满足国外用户的需求，出口创汇，为中国制造钢管产品在国外占用一席之地做出了贡献。
二、管理创造性贡献要点
1、深入油田，了解油田的需求
从1994年开始，TPCO针对国内含H2S的油气田进行了抗硫化氢应力腐蚀套管的研究和生产。
首先通过走访油田用户，了解油田的地质构造、井深结构、腐蚀速率等，与油田技术部门、使用单位多次进行技术交流，详细了解用户的使用需求以及使用进口抗硫化氢应力腐蚀套管的情况。
2、组织专门的开发科研队伍，进行攻关
TPCO在通过市场调研和消化国外资料的基础上，建立研发团队，从炼钢、轧制、到丝扣加工、质量检验、性能试验等，摸索出具有TPCO自主知识产权的一整套生产抗硫化氢应力腐蚀套管的生产工艺，并且开始批量生产。
在与油田用户签订有关技术协议和试用协议后，TPCO生产的抗硫化氢应力腐蚀套管2000年开始在油田的生产井试用。
3、组织专门的技术服务队伍，全程为油田服务
TPCO专门成立了技术服务部，为油田提供套管商检验收和跟井服务，TPCO的技术服务人员和销售人员不辞辛苦，跋山涉水，克服了野外作业的不利条件，与石油工人吃住在一起，工作在一起，共同怀着支持民族工业的的决心和信心，使每一支抗硫化氢应力腐蚀套管都顺利下井成功，填补了国内空白。
三、节约社会资源与保护环境的创造性要点
1.TPCO在设计阶段，就考虑到环保和降耗节能的因素，提出清洁工厂的理念。
所以在设备选型和工艺设计方面就决定我们的产品是低能耗和节约型的产品，各类环境指标远远低于同行业和国家规定的指标（详见环境指标对比表）。
2.TPCO生产一开始就认证贯彻ISO14001环境管理标准，形成了严密的环保约束机制。
在科学发展观的指导之下，经济指标不断增长的同时，污染物排放量在逐年降低。
2007年，吨钢废水排放量（0.748吨/吨）、吨钢COD排放量（0.063千克/吨）等指标处于行业领先水平。
四、主要专有技术和专利介绍
1.专利名称：
抗硫化氢应力腐蚀的石油钢管及其制造方法
专利公开号：
ZL200610016498.6
三、数 据 对 比
1.产品指标对比（性能、成分、精度、表面质量、包装、批量稳定性……）
指标科目
本企业产品数据
先进产品A数据
先进产品B数据
硬度
TP95S≤25
APIT95≤25.4
SM95S≤26
金相组织
TP95SS回
APIT95未有要求
SM95S回火马氏体
最小SSC门槛值
TP95SS90%
APIT9580%
SM95S85%
关于对比指标含义和对比进口产品指标说明：
（1）硬度：
硬度是材料的力学性能之一。
一般认为是表示固体材料表面抵抗弹性变形、塑性变形或破断的能力。
它是表征材料的弹性、塑性、形变强化率、强度和韧性等不同物理量组合的一种综合性能指标。
同一强度下，一般材料硬度越低抗腐蚀性越好。
TP95S的硬度值要明显低于对比产品的硬度值，具有优良的抗腐蚀性能。
（2）金相组织：
将用适当方法（如侵蚀）处理后的金属试样的磨面或其复型或用适当方法制成的薄膜置于光学显微镜或电子显微镜下观察到的组织。
回火索氏体－以铁素体为基体，基体上分布着均匀碳化物颗粒。
它由马氏体在500~650℃时高温回火形成。
其组织特征是由等轴状铁素体和细粒状碳化物构成的复相组织，马氏体片的痕迹已消失，渗碳体的外形已较清晰，但在光镜下也难分辨，在电镜下可看到的渗碳体颗粒较大。
材料的金相组织结构，是抗腐蚀性能的关键。
试验证明，回火索氏体S回是材料显微组织中抗腐蚀性能最好的。
（3）最小SSC门槛值：
材料在应力和腐蚀环境的共同作用下引起的破坏叫应力腐蚀。
这里需强调的是应力和腐蚀的共同作用。
应力腐蚀门槛值是评价管道抗应力腐蚀能力的重要性能参数。
此项目生产的TP95SS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APISPEC5CT规范抗硫化氢应力腐蚀门槛值σth80%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，与Tenaris、VM相当，完全可以代替进口，满足用户的要求。
2.生产工艺技术指标对比（成材率，生产周期，交货期）
指标科目
本企业指标
国外企业A生产指标
国外企业B生产指标
成材率（管坯-管材）
94%
90%
80%
生产周期
7d
＞7d
＞7d
交货期
3个月
4个月
6个月
关于对比指标含义和对比企业指标的说明
（1）成材率：
是材料的有效使用率，一般通过实际计算或者理论计算得到。
成材率作为钢铁企业主要的经济技术指标之一，是钢铁企业生产、技术和管理水平的综合反映。
热轧无缝钢管（坯一材）成材率，视其技术装备水平不同波动较大，技术先进轧机一般为90％～92％、技术落后轧机仅为80％左右；热轧无缝管吨管电耗先进轧机为100—150kWh／t、落后轧机为300kWh／t以上；轧机作业率先进轧机为75％以上、落后轧机为70％以下。
TPCO拥有世界上第1套最先进的三辊式限动芯棒连轧管机组，产品具有壁厚精度高，表面质量好，成材率高，工具消耗、能源消耗以及轧制成本低等特点。
此项目开发的产品不仅保证管体尺寸的高精度，同时成材率高。
（2）生产周期：
生产周期是产品从开始投产至产出的全部时间。
在工业中，指该产品从原材料投入生产开始，经过加工，到产品完成、验收入库为止的全部时间。
TPCO采用短流程冶炼工艺，通过连轧技术直接得到管材，再经过调质工艺得到高强度抗腐蚀石油专用管。
生产周期短。
SM、VM均为转炉炼钢，生产工序多，生产周期长。
（3）交货期：
交货期是指卖方将货物装上运往目的地（港）的运输工具或交付承运人的日期，一般油井管均以签订正式商务合同后多少天或者多少个月作为交货期。
现指经过生产厂正常生产供货的交货期，非库存交货期。
根据标准的要求，抗腐蚀石油专用管抗硫化氢试验需要一个月的时间，加上正常的生产周期，抗腐蚀石油专用管的最少交货期应为45d。
TPCO拥有三个炼钢厂，6条热轧生产线和7条调质热处理生产线具有可以生产高强度抗腐蚀石油专用管，生产力大，交货期短，远远短于进口管子的交货期，满足国内油田的多样化需求。
3.环境资源指标对比（能耗、排污）
指标科目
本产品数据
国家强制指标
先进企业A数据
先进企业B数据
综合标煤千克/吨钢
341.2
长流程：
一级<680
二级<720
三级<780
短流程：
一级<480
二级<520
三级<580
综合电耗KWH/吨钢
755.13
SO2千克/吨钢
0.83
一级<1
二级<2
三级<2.5
污染物达标率
100%
关于对比指标含义和先进企业的说明：
注：
长流程是从选矿开始，短流程是从电炉炼钢开始。
4.市场占有情况指标（占国内消费量的比例）
年份
80S（SS）
90S（SS）
100S（SS）
总量（吨）
占有率
总量（吨）
占有率
总量（吨）
占有率
2007
4038
65.56%
626
77.32%
11477
100%
2008
6548
78.34%
1395
80.89%
2009
7102
87.88%
2444
81.55%
84
100%
5.本产品国外市场占有率（占全国出口本产品量的比例）
2009年TPCO抗硫套管出口国家、地区产品市场占有率分析表：
国家、地区
年需求量/吨
TPCO采购量/吨
市场占有率%
先进企业A数据
先进企业B数据
俄罗斯
20000
273.9
1.40%
加拿大
20000
483.5
2.40%
新加坡
10000
6350.9
63.50%
阿联酋
60000
275
0.05%
伊朗
60000
1039.7
17.30%
合计
170000
8423
4.95%
目前，我公司抗硫套管出口的国家有：
1、俄罗斯：
TPCO-07034E出口TP95SS273.9吨客户为：
ORTONATRADELTD.，年需求量大约在2万吨，我公司的市场占有率为：
1.4%；
2、加拿大：
TPCO-06320E、TPCO-07145E出口TP95S483.5吨客户为：
IMEXCANDADAINC.，年需求量大约在2万吨，我公司市场占有率为：
2.4%；
3、新加坡：
新加坡主要是转口贸易，TPCO-08064E、TPCO-08105E出口TP95S6350.9吨客户为：
TUBULARRESOURCESPTELTD.，年需求量大约在1万吨，我公司市场占有率为：
63.5%；
4、阿联酋：
TPCO-09414E出口TP9110S275吨客户为：
STERLINGENERGYLIMITED.，年需求量大约在6万吨，市场占有率为：
0.05%；
5、伊朗：
TPCO-09103E出口TP95SS1039.7吨客户为：
KALANAFTCO.THERAN,年需求量大约在6000吨，市场占有率17.3%。
目前国外市场形势分析：
1、由于抗硫套管，尤其是高级产品如：
TPSS系列产品的钢管，使用环境一般都比较恶劣。
用户在采购之前，都希望能够最大把握地保证采购的钢管满足要求，以降低使用过程中的风险。
因此，在该类产品采购上倾向于V&M、TENNERIS、JFE等老牌欧日企业，主要因素是：
其产品进入该领域市场较早，用户认可度较高，产品性能的把握度较大；因此在对我公司抗硫套管产品整体情况了解不太清楚的前提下，宁可高价订购欧日产品，也不愿意冒险购买我公司产品。
2、根据国际市场的这种情况，目前较为可行有效地措施是：
向客户有条件地提供试验井所需的抗硫套管，通过有实力、有影响的大油公司的使用来证明我公司产品的质量可靠，并且以此打开该石油公司的市场及其他的石油公司。
类似的情况有：
苏尔古特石油公司、俄石油、乌兹别克石油公司等。
3、另外，加强与潜在客户的技术交流，让其了解并相信TPCO的抗硫产品的性能及可靠性，加大宣传力度，
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