精品冶金科学技术奖.docx

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精品冶金科学技术奖

冶金科学技术奖

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：

　　　　2010003

项目名称

TP－CQ特殊扣型开发与市场推广

完成单位

天津钢管集团股份有限公司

项目起止时间

2002年4　月　～2006年4　月

用于生产时间

2004年4　月　

项目基本情况

背景：

油套管柱采用螺纹将单根油井管连接而成，管柱的螺纹连接部位是最薄弱的环节。

在API标准中，套管采用短圆螺纹，长圆螺纹和偏梯形螺纹的连接形式。

这些连接形式在保证管柱结构完整性和密封完整性方面都存在一定的问题。

例如，圆螺纹套管，其螺纹连接强度只为管体强度的60%～80%，偏梯形螺纹的连接强度虽接近或达到管体强度但密封性较低。

随着石油工业的发展，尤其是深井、超深井、高压气井、定向井的开发，对石油套管的使用性能提出了更高的要求。

具有API标准螺纹连接形式的套管，如短园螺纹、长园螺纹和偏梯形螺纹套管，在许多情况下难以满足生产需求，所以国外开发出各种类型的特殊螺纹连接。

这些特殊螺纹连接以其可靠的气密封性能、较高的连接强度、良好的抗粘扣性能受到油田的普遍欢迎。

随着我国石油和天然气的勘探开发，尤其是西部地区深井、超深井、高压、含硫化氢、二氧化碳井日渐增多，定向井、丛式井钻井技术和气举、注气采收技术的普遍采用，API圆螺纹和偏梯形螺纹已不能满足上述工况条件下管柱结构完整性和密封完整性的要求，特殊扣油套管将普遍采用。

就我国石油工业的发展趋势来看，特殊扣油井管的应用前景十分广阔的。

我国有大批油气田拥有条件苛刻的油气井，这些特殊工况的油气井涉及我国60%以上的油气田。

为此，特殊扣油、套管就成了首选目标。

我国在80年代开始在深井、超深井以及天然气井的开发中引进了大量特殊螺纹连接油、套管，取得了较好的效果。

但在应用中也带来了相关的问题，如：

国内石油套管生产厂家尚无法生产特殊扣套管，这种产品长期依赖进口，成本很高；特殊螺纹连接维修及其附件加工困难。

这些都限制了特殊扣套管在国内各油田的使用。

在这种形势下，天津钢管集团有限公司与长庆油田合作，开发出具有自主知识产权的套管特殊螺纹连接——TP-CQ特殊螺纹连接，成为国内第一家可以成批生产并按程序鉴定过特殊扣套管，具有十分重要的意义。

项目目标:

研制TP-CQ特殊扣接头，达到以下的设计目标：

（1）螺纹连接：

螺纹连接在齿型上与API偏梯螺纹相似且可与API偏梯螺纹接头互换。

（2）气密封性能：

满足气井的使用要求。

按照APIRP5C5规范进行评价试验，在轴向拉伸、内压和温度热循环的载荷条件下，不发生泄漏。

具体指标如下：

（a）室温下，最高试验压力要达到或超过相应钢级、规格的管体内屈服强度。

（b）用户温度，如180℃下，最高试验压力要接近或达到相应钢级、规格的管体内屈服强度。

（c）在（拉伸+内压+弯曲）的弯曲条件下，（如，弯曲分别为：

50、100和160/30.48m），接头不发生泄漏。

（3）连接强度：

接头的连接强度与管体屈服强度相当，适用于深井使用。

（4）抗H2S应力腐蚀能力：

接头须设计成低应力型的，以保证接头腐蚀环境中不发生失效。

（5）其它性能：

接头应具有良好的抗粘扣性能

主要技术管理路线

1.螺纹设计：

特殊扣接头的螺纹牙形的选择

2.密封设计：

金属-金属密封的设计

3.量具设计与加工：

对螺纹、密封参数的检测量具及样品的加工

4.评价实验：

对特殊扣接头性能的实验评价，按照APIRP5C5和ISO13679规范

5.应用推广

实施过程中的主要创新

TP-CQ套管特殊扣接头，在深入地研究金属-金属密封机理，认真分析API偏梯形扣密封和连接强度的特点，并将二者有机结合的基础上提出来。

解决了特殊扣套管长期依赖进口的问题，实现了特殊扣套管的国产化。

TP-CQ套管特殊扣接头在技术方面有许多创新，形成了天津钢管集团有限公司加工和检验套管特殊扣接头特有的技术。

具体的技术创新点如下：

（1）、TP-CQ特殊螺纹接头整体结构设计合理，密封性能好，连接强度高。

接头螺纹和密封面参数选取科学，抗粘扣性能优良。

螺纹脂溢流槽设计可大大降低由于螺纹脂堆积造成的应力集中。

内孔平滑设计可降低流阻，有利于提高套管整体抗腐蚀能力。

（2）、TP-CQ套管特殊扣接头的密封面检验量具设计合理，测量精度高，使用和校对方便，易于掌握，形成了密封面独特的检验技术。

（3）、TP-CQ螺纹过盈设计合理，接头上紧后，接箍外表面具有较低的环向应力。

保证接头在含H2S的腐蚀环境中使用安全。

（4）、完成了TP-CQ套管特殊扣接头企业标准的制订。

（5）、TP-CQ套管特殊扣接头与抗H2S应力腐蚀管材结合，生产的抗H2S应力腐蚀套管，抗H2S应力腐蚀性能满足NACETM0177最新版的全部要求。

（6）、TP-CQ套管特殊扣接头与低Cr抗CO2腐蚀管材结合，生产的抗CO2腐蚀套管，已在国内油田成功下井使用。

这种结合技术为在高合金管材上加工特殊扣接头积累了宝贵的经验，为高合金管材上加工特殊扣接头奠定了坚实的基础。

（7）、TP-CQ套管特殊扣接头设计、检验和生产技术为直连型特殊扣套管和特殊扣油管的设计开发奠定了良好的基础。

主要实施效果和贡献

所设计的特殊扣接头通过了APIRP5C5和ISO13679IV规范的评价实验。

已大量在长庆及其他油田使用，固井及全井试压均正常。

与国内外先进指标的对比

TP-CQ套管特殊扣接头，通过了在中油集团管材研究所进行的按APIRP5C5、ISO13679IV，TGRC评价试验程序和用户要求进行的评价试验。

其极限承载能力和复合承载能力达到较高水平。

在一定的弯曲条件下具有良好的气密封性能。

体现的社会作用和经济效益

TP-CQ特殊扣套管，是具有高技术含量，具有自主知识产权的创新产品，在国内外油田市场上具有广泛的应用推广价值，产品具有较高的附加值。

TP-CQ特殊扣套管，生产周期短，供货及时，技术服务周到，性能价格比优于国外同类产品水平。

用国产特殊扣套管替代进口，经济和社会效益显著，对满足油、气田的需求、降低油田开发成本具有重要的意义。

TP-CQ特殊扣套管的研制开发，提高了天津钢管集团公司的设计和研发水平，锻炼和造就了高素质的生产和技术力量。

2007年TP-CQ销售约6吨，销售收入约14亿元；2008年TP-CQ销售约8吨，销售收入约15亿元。

2009年TP-CQ销售约2.7吨，销售收入约4亿元。

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.独特的密封面加工工艺

2.左旋螺纹加工工艺

二、管理创造性贡献要点

1、深入油田了解他们想需要、确定开发方向

进入2000年以来，随着国内加大力度进行天然气勘探开发，对气密封扣套管的需求越来越大，但国内的气密封扣套管长期以来依赖于进口，不仅价格高昂而且交货周期长。

这样不仅增加了油田天然气井开发的综合成本，也大大制约了我国天然气工业的发展进程。

天津钢管集团股份有限公司从项目筹建伊始到现在世界钢管生产企业单产第一，始终致力于我国的石油工业的发展和石油用管材的国产化进程；研发出满足我国天然气勘探开发所用的优质的气密封特殊扣套管刻不容缓！

2、与油田共同开发、成功研制新品

2000年，在中石油、中石化进一步加大开发我国西部天然气资源的背景下，天津钢管公司勇挑重担、励精图治，发扬艰苦创业的企业精神；在以王京同志为核心的螺纹研究团队不懈努力地攻关下，在长庆油田工程院的大力支持下；对油田前期使用的进口气密封套管进行分析研究，经过反复的论证、试验，历经2年的气密封特殊扣套管的研究与开发终于取得了显著成果。

在销售公司和技术部门的全力推广下，与中石油长庆气田分公司展开全面合作，第一批气密封特殊扣套管下井成功，打破了国内钢管企业几年内不能生产高端特殊扣套管的定论。

为了纪念这一历史性的突破，该种气密封特殊扣命名为：

“TP-CQ”。

3、建立完整的用户服务机制，全过程为油田服务

在TP-CQ套管在长庆油田首次下井过程中，TPCO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。

随着今年来国内油田对TP-CQ扣型的认可，TP-CQ套管的使用量持续增长，销售范围覆盖了国内所有陆上油田，TPCO秉承用户至上，质量第一的宗旨，生产、研发、销售、服务四位一体，不断开拓中石油、中石化等更加广泛的市场。

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

TP-CQ特殊扣使用专用设计刀具进行车丝加工，采用专用自主设计的检测量具有：

密封球头深度尺、密封直径检测表架、中径校对模、密封校对块等。

获得的相关专利如下表：

专利名称

专利号

石油套管气密封螺纹接头密封锥面直径的测量装置

ZL022094547

测量内斜面深度的专用深度尺

ZL022094601

锥螺纹中径标定规

ZL02244148.4

石油套管变径螺纹接头结构

ZL200520027845.6

完整型集成式密封径量规、螺纹中径标定仪

ZL200720095000.X

可调式螺纹中径规标定仪

ZL200520026552.6

可调式内外径量规标定仪

ZL200520026553.0

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

特殊扣拉伸效率及内压效率

100%

100%

100%

评价实验级别

APIRP5C5和ISO13679IV级

APIRP5C5

APIRP5C5和ISO13679IV级

关于对比指标含义和对比进口产品指标说明

拉伸效率及内压效率：

指特殊扣接头保持接头结构完整性与密封性能的拉伸与内压载荷极限，以管体的拉伸与内压性能为基准对比。

先进产品A：

V&M的NewVAM特殊扣接头

先进产品B：

Tenaris的Blue特殊扣接头

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

96%-98%

96%-98%

96%-98%

关于对比指标含义和对比企业指标的说明

国外企业A：

V&M

国外企业B：

Tenaris

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%

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

特殊扣

总量（吨）

占有率

2007

48467

50.37

2008

60982

56.75

2009

26325

46.53

5.本产品国外市场占有率（占全国出口本产品量的比例）

年份

本产品占有率

出口产品合计（吨）

先进企业A数据

先进企业B数据

2009

7053

2008

15368

2007

889

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（简明写明要点，不够可加页）

四、效　益　计　算

1.企业直接经济收益计算

如：

单位成本构成，产量，资金周转周期变化，总产值、销售额、利税变化和计算依据；

年份

产量（吨）

销售收入=P*Q（万元）

利润=Q*（P-C）（万元）

增值税税额=Q*P*0.17（万元）

2007

61227.08

141679.67

76359.73

24085.54

2008

81375.67

159625.37

71369.71

27136.31

2009

27544.18

43682.59

18720.25

7426.04

2.替代进口的社会收益计算

如：

拉低市场价格的社会收益、节约外汇收益、拉动国内原材料市场收益

3.行业发展与国民经济、国家安全等战略方面贡献

天津钢管集团股份有限公司开发出TP-CQ特殊扣接头，在国内率先进入了特殊扣这一高端油井管领域，引领了国内行业发展，解决了特殊扣套管长期依赖进口的问题，打破国外石油套管生产企业的垄断，实现了特殊扣套管的国产化，有利于为国家的能源安全。

尚存在问题和进一步发展的目标

尚存在的问题：

为了满足石油天然气开发的进一步需求，针对不同用户，实现产品的差异化与个性化，更好的服务于石油天然气开发。

另外，需要进一步开发国外市场，积极参与国际竞争。

进一步发展的目标：

在技术上需要继续突破了高气密性连接螺纹关键技术，完善生产工艺与加工技术，设计开发出系列产品，实现了高气密性特殊扣产品的升级换代。

产品性能达到世界先进水平，解决管柱螺纹连接的关键技术问题，为占领国内高气密性特殊扣石油套管产品市场，同时向国外市场推广奠定基础。

五、主要完成单位情况

单位名称

天津钢管集团股份有限公司

第　1单位

单位性质

国有企业

法定代表人

刘云生

职　务

董事长

通讯地址及邮政编码

天津东丽区津塘公路396号

单

位

主

要

贡

献

所设计的特殊扣接头通过了APIRP5C5和ISO13679IV规范的评价实验。

已大量在长庆及其他油田使用，固井及全井试压均正常。

与国内外先进指标的对比

TP-CQ套管特殊扣接头，通过了在中油集团管材研究所进行的按APIRP5C5、ISO13679IV，TGRC评价试验程序和用户要求进行的评价试验。

其极限承载能力和复合承载能力达到较高水平。

在一定的弯曲条件下具有良好的气密封性能。

声

明

申报书所填写内容完全真实、有效，并已经经过保密审查，允许向社会公开；同意中国钢铁工业协会及其委托单位就申报书内容进行编辑、修改、发布和出版，无须再次获得本单位认可或授权。

特此声明

六、附件目录

1.出口合同、提单

2份

2.受表彰文件及证书等

1份

3.专利证书

5份

4．用户评价

国内1份国外1份