油气钻采用耐蚀合金无缝管材标准的发展分析*

熊庆人，张永红，刘文红，李炎华，许晓锋，韩新利

（中国石油集团工程材料研究院有限公司，陕西 西安 710077）

耐蚀合金管材主要用于复杂地质环境油气田的勘探开发。目前，国内外大部分油田已进入开发后期，随着油气勘探的深入，油气勘探的环境日益严峻，对耐蚀合金管材的需求不断增大［1-4］。

国际标准化组织第67 技术委员会套管、油管和钻杆分技术委员会（ISO/TC 67/SC5）在2000年时首次制定并发布了耐蚀合金无缝管材标准ISO 13680：2000（第1 版）。该版标准名称为“Petroleum and natural gas industries—Corrosion-resistant alloy seamless tubes for use as casing，tubing and coupling stock—Technical delivery conditions”，即“石油和天然气工业 套管、油管和接箍毛坯用耐腐蚀合金无缝管交货技术条件”，用以规定用作套管、油管和接箍毛坯的耐蚀合金无缝管的交货技术要求。2000年以后，先后对该标准进行了三次修订，即ISO 13680：2008（第2 版）、ISO 13680：2010（第3 版）、ISO 13680：2020（第4 版）。现行的ISO 13680：2020（第4 版）于2020年5 月正式发布，名称变更为“Petroleum and natural gas industries—Corrosionresistant alloy seamless tubes for use as casing，tubing，coupling stock and accessory material—Technical delivery conditions”，即“石油天然气工业 套管、油管、接箍毛坯及附件材料用耐蚀合金无缝管交货技术条件”。

过去20 多年来，伴随着冶炼和制造技术的不断进步，以及复杂工况油气田工程建设需求的不断增加、要求的不断提高，该标准的适用范围及技术内容得到不断丰富和完善。本文对该标准的结构及技术要求的发展变化情况进行了分析、探讨，以期为耐蚀合金管材的生产者、油田用户、研发人员等提供参考借鉴。由于第2 版到第3 版的时间间隔较短、变化较小，在下述讨论中未列出。

1 标准结构的变化

对比该标准前后四个版本的结构情况［5-6］，可以看出，第3 版相比于第1 版结构发生了很大的变化；第1 版包含了15 章正文，无附录；第3 版，对相关章节进行了整合，同时增加了有关章节和附录，共包括14 章正文及7 个附录。

第4 版正文的总体框架基本沿用了第3 版，仍然分14 章表述。附录由第3 版的7 个增加到9 个，删除了1 个原有附录，增加了3 个新的附录。

2 主要技术内容的发展变化

2.1 第3 版与第1 版比较

2.1.1 第3 版标准对第1 版的完善和丰富

（1） 冲击试验。

第1 版仅规定了不同组别产品的纵向、横向最小吸收能要求值。第3 版对同一组别中不同钢级、不同临界壁厚的接箍毛坯或管子规定了不同的最小吸收能要求值，且对于同一钢级，随临界壁厚的增大，冲击韧性要求提高。表明冲击韧性指标日益成为耐蚀合金管材的重要力学性能指标。

（2） 无损检测。

第1 版规定了无损检测的要求及试验方法，内容仅涉及要求、总则、产品、短节、平端、加厚端、参考标样等，且要求非常笼统。

第3 版除了补充完善了已有的无损检测的要求外，还将相关要求扩展到无损检测人员，无损检测系统能力记录，第1、2、3、4 组产品的无损检测，喷标处的评定，要求进一步评定的管子和接箍毛坯，含缺陷管子及接箍毛坯的处置等方面。

（3） 缺陷。

第1 版标准仅对管子中的缺陷及其处置进行了规定。

第3 版标准将第1 版中外观检查的有关内容分别归入表面状态、缺陷、管端、外观检查及含缺陷管子的处置等相关条款中。对管子、接箍毛坯的缺陷分别提出了更严格的要求，同时明确了含缺陷管子、接箍毛坯的处置方法及对受影响区域进行重新检测时所采用的方法。

2.1.2 第3 版标准较第1 版增加的技术要求

（1） 对耐蚀合金无缝管产品规范等级进行了划分。

（2） 增加了压扁试验的要求。

（3） 增加了纯净度要求。

2.2 第4 版与第3 版比较

2.2.1 第4 版标准对第3 版的完善和丰富

（1） 无损检测。

增加了对第2、3、4 组的内外表面斜刻槽检验、加厚端的无损检测方法、检验设备检测的覆盖率、对超过12 个月未从事该项无损检测工作的检测人员重新评定等要求。

（2） 硬度试验。

补充完善了对硬度试样及试验方法的要求。

（3） 显微组织要求及检验。

第3 版要求第2、3、4 组的显微组织中晶界处应无连续的析出相；金属间化合物相、氮化物和碳化物总含量应不超过1.0%。第2 组的σ 相不得超过0.5%。第3 版仅给出了显微组织、铁素体体积分数的检验方法，同时规定检验时至少应观察30个视场、最小放大倍数为400×。

第4 版强调第2、3、4 组的显微组织中应无金属间析出相，但离散/独立的析出相允许存在，第2组每个析出相的最大尺寸应不超过10 μm。第4 版分别规定了显微组织、铁素体含量、晶粒度评定的试验方法，同时规定第2、3、4 组显微组织检验时最大放大倍数至少应为500×，应提供析出相最密集处的典型显微组织照片，取消了对视场数量的要求。

（4） 化学成分和/或强度级别的更新过程。

第3 版仅规定在两种情况下标准使用者应向有关部门报告。

第4 版在附录中明确规定：新合金和/或强度级别的加入应向ISO/TC 67/SC5 提出申请，且仅考虑ISO 15156-3 ∶2022《石油和天然气工业——用于石油和天然气生产中含H2S 的环境中使用的材料第3 部分：耐开裂CRA（耐腐蚀合金）和其他合金》中已包含的合金或强度级别。新合金/强度级别应用或现有合金/强度级别变更时应进行制造工艺评定试验。

（5） 标记。

增加了“购方和制造商协商的附加标记”“接箍、短节及附件螺纹加工后的标记信息”等标记要求。规定了接箍、短节及附件螺纹加工后的模版漆印和/或字模压印标记要求。

2.2.2 第4 版标准较第3 版增加的技术要求

（1） 将标准的适用范围扩大到附件材料用耐蚀合金无缝管，相应地变更了标准名称，适用的产品组新增了第5 组。

（2） 增加了附件材料的相关要求。

（3） 增加了第2 组低温夏比冲击试验要求。

（4） 增加了制造工艺评定试验要求。

（5） 增加了第2 组的点蚀性能要求。

（6） 增加了硬度试验机的定期检查及硬度试验机和压头的校验要求。

（7） 增加了材料可靠性鉴定要求。

（8） 规定了提供适用于制造该标准界定的接箍料和管状附件的棒料的要求。

（9） 提供了第2、3、4 组合格与不合格的显微组织的典型图例。

3 分 析

耐蚀合金管材产生于20 世纪80年代初［7］，耐蚀合金无缝管材标准ISO 13680 首次制定和发布是在2000年，随后进行了3 次修订。除了标准结构的变化外，该标准技术内容的变化概括起来主要包括以下两个方面：

（1） 对原有技术条款不断补充完善，如冲击韧性、显微组织、无损检测、缺陷的处置、标记等。

以无损检测相关要求为例，阐述如下：无损检测技术是随着某一物理现象被发现，随后进行深入研究再实现实际应用的。1943年出现了商品化脉冲回波式超声波探伤仪，1947年第一套漏磁检测系统研制成功，20 世纪50年代涡流检测技术开始正式进入阶段［8］。随后各种无损检测技术不断发展，检测能力不断提高，不断向着自动化、数字化、一体化、智能化发展，同时不断开发出适用于新领域的无损检测技术和检测设备［9-10］。

在ISO 13680 第1 版标准制定和发布时，该标准对无损检测的要求和检测方法的规定比较简单、笼统。第3 版时其无损检测的内容大为丰富、全面，要求亦更加严格，无损检测在产品检验中的作用越来越重要。第4 版在第3 版的基础上又增加了斜刻槽、加厚端的无损检测方法、检测覆盖率、检测人员等方面的要求。该标准在无损检测方面要求的发展变化与无损检测技术的发展密不可分，也从侧面反映了无损检测技术的进步。无损检测方面是这样，该标准的其他方面也是这样。

（2） 不断融入新的技术要求。

如第3 版较第1 版增加了产品规范等级、压扁试验、纯净度等要求；第4 版较第3 版新增的技术内容更加丰富：增加了附件材料用耐蚀合金无缝管的要求，增加了第5 组产品，还增加了第2 组的低温夏比冲击试验、第2 组的点蚀试验、硬度试验机的定期检查及试验机和压头的校验、制造工艺评定试验、材料可靠性鉴定、用棒料加工的接箍料和附件材料等要求。

这主要是由于随着油气勘探、开发不断向深层、深水、低渗透超低渗透储层、非常规等领域延伸，勘探、开发的难度不断加大，对相应产品的技术指标要求亦不断提高。为了适应这种变化，管材制造商和相关研究机构不断进行研发，对生产设备、工艺进行更新，或开发新的产品，以满足越来越严格的技术要求。

以第4 版增加的附件材料用耐蚀合金无缝管以及第5 组产品为例，阐述如下：

附件材料是指油气井全生命服役周期内（勘探、开发、生产）与油井管柱相连接的组件，包括钻井，固井及完井过程中的各种设备及工具。第4 版将标准的适用范围扩展到了附件材料。其中有些类型的附件需要使用棒料做原材料进行加工获得最终成品，第4 版标准给出了第5 组产品——具有奥氏体组织的时效硬化镍基合金棒料的技术要求。

第5 组产品主要是指具有奥氏体组织的时效硬化镍基合金棒料，第4 版标准专门针对井下附件用镍基合金棒料的材料性能提出了要求，满足了工程需求，也填补了这方面的空白。这组产品与第4 组均为具有奥氏体组织的镍基合金，但第5 组产品的材料牌号适用于附件加工。第5 组的化学成分和力学性能要求主要引用了API STD 6ACRA—2018《用于石油和天然气钻探和生产设备的时效硬化镍基合金》的要求。

这组产品通常适用于高温高压或高含硫井，以满足这类高温高压高腐蚀井的工况要求。如中石油西南油气田的含硫井或塔里木油田的高温高压井一般采用这类合金作为井口及井下附件［11］。

可见，ISO 13680 标准经过4 个版本的发展，内容得到不断丰富和完善。究其原因在于油气田勘探开发的工程需求对产品和技术不断提出了更高的要求，这就需要相关的行业不断进行科技创新，用创新的、适用的技术改造和提升产品及传统产业，以满足这种需求。在这个过程中，管材的制造技术不断提高，新产品不断出现，新技术不断得到推广应用。而标准就是为了在一定的范围内获得最佳秩序，经协商一致制定并由公认机构批准，共同使用和重复使用的一种规范性文件。当新产品出现并逐渐成熟时，往往伴随着相应的产品标准的产生，并随着技术的发展，标准不断融入新的技术要求，在这个过程中标准得到不断的完善。

4 结语

油气钻采用耐蚀合金无缝管材标准的发展经历了从无到有，从简单到逐步完善的过程。在这个过程中，科学技术的不断进步发挥了至关重要的作用，无论是标准涵盖的产品范围的变化、还是标准的技术要求的变化，都充分体现了科技创新的重要性。科技进步是标准产生的基础，也是推动标准发展的不竭动力。