1、前言

上世紀70年代，在歐洲的一些天然氣井中，為防止CO2腐蝕，采用9%Cr和13Cr%不銹鋼制作油井管；美國的油氣井也采用這種高鉻不銹鋼的油井管；后來，在API 5CT標準1988版中，補充了耐腐蝕油井管鋼種，如C-75鋼級增加了9Cr和13Cr兩個馬氏體不銹鋼鋼種；C-90增加了兩個鋼種。

上世紀90年代初，隨著天津大無縫全流程項目（電爐+連軋管+熱處理+螺紋加工）建成投產和寶鋼140機組品種的開發，油井管的生產得到了快速的發展，不斷地滿足了國內油田開發的需要。 90年代后期，隨著我國油氣資源向著深井、復雜的地質條件區域開發，油田向油井管生產企業提出了抗二氧化碳用的13Cr不銹鋼管需要，值此，也拉開了我國油氣用不銹鋼管開發的序幕。

2、我國油氣井用管發展簡況

2.1 中國油氣井管發展歷程

中國油氣井管生產有60多年的歷史。新中國建立以來，從1954年鞍鋼生產的 根無縫油管至今，中國油井管發展大致分為四個階段。

階段為1954 -- 1985年

鞍鋼、包鋼和成都無縫鋼管廠相繼生產油井管。生產初期，鞍鋼的油管產品按照鞍標和冶標（與原蘇聯標準等效）交貨。上世紀70年代原冶金部參照API標準，制定并頒布了“石油套管”部頒標準YB690-1970和“石油對焊鉆桿、鉆鋌、方鉆桿管材”部頒標準YB691-1970。成都無縫鋼管廠和包鋼參照上述標準生產套管和對焊鉆桿（包鋼只生產套管）。80年開始鞍鋼、包鋼和成都無縫鋼管廠開始按照API標準試制和批量生產油井管。在這一階段，上述三個廠為大慶、勝利、大港及四川等油田開發的油井管產品主要是DZ40、DZ50和DZ55等低鋼級產品（碳錳鋼，包鋼的鋼種里加入了量的鈮和稀土）。盡管是油井管的低端產品，但由于當時的冶煉、軋制、熱處理和管加工裝備水平較低，產品表面質量、尺寸精度和螺紋加工質量等都難以滿足油田要求。

第二階段為1986年-- 1991年

寶鋼從國外引進的Φ140mm全浮動芯棒連軋機組建成投產（可生產油管和5 1/2〞套管），使國內油井管生產的裝備水平有了突破性的進展，但由于受機組的規格所限，僅能為油田提供少部分規格和品種。從1986年1月起，原冶金部正式宣布廢除YB690-1970和YB691-1970等標準，一律改用等同API標準的YB/T和GB3303-1982系列標準生產油井管。1990年4月，成都無縫鋼管廠在國內 個通過美國石油學會頒發的API 5CT 5B、5D（7）會標許可證。但由于國內鋼管企業的整體水平仍較低，不能滿足油氣行業快速發展的需要，至1991年中國油井管產量僅13.67萬噸，國產化率僅13.54%。產品主要采用以碳錳鋼生產的J55鋼級的油套管，N80鋼級的油套管還處在研制階段。

第三階段1992年-2012年

隨著中國經濟步入高速發展的快車道，對石油需求不斷增加，推動了石油工業的快速發展，同時也拉動了油井管等能源用管需求的快速增長。另外，天津鋼管公司（天管集團前身）從國外引進的Φ250MPM機組的建成投產（現代化的全流程專業化油井管生產企業），一舉改變了中國油井管生產裝備及工藝的落后局面。之后又建成三條PQF三輥式高精度連軋管機組，這種機型代表了當今世界無縫鋼管軋制技術的 水平。這期間國內一些企業（包括寶鋼、成都無縫、衡陽鋼管、包鋼、西姆萊斯、安徽天大等）陸續投資新建了一批現代化的軋機并改造或新建了熱處理線和管加工線，使中國油井管整體制造水平有了大幅度提高，油井管產量迅速增長。

在這一階段，中國油井管無論在產量、質量和品種上，都基本滿足了國內油田用管的需求，還大量出口到國外。2004年，中國油井管進口量為32.20萬噸，出口量為33.23萬噸，實現了油井管的凈出口。2008年中國油井管產量達到了630萬噸，出口333萬噸，進口24.57萬噸，凈進口308萬噸，國產化率達到95.5%。

第四階段2013年及以后

隨著中國經濟步入中高速發展，和非石化能源快速發展以及中國油氣行業開發增長呈下降趨勢（油氣用管表觀消費已達到峰值），其中石油開采呈現下降的趨勢（石油資源枯竭），石油管材的需求量不斷下降。未來中國油氣工業的發展是向著頁巖氣、煤層氣、海洋油氣（包括可燃冰）等資源開發。

金屬材料的性能

金屬材料的性能決定著材料的適用范圍及應用的合理性。金屬材料的性能主要分為四個方面，即：機械性能、化學性能、物理性能、工藝性能。

3.1機械性能

（一）應力的概念,物體內部單位截面積上承受的力稱為應力。由外力作用引起的應力稱為工作應力，在無外力作用條件下平衡于物體內部的應力稱為內應力（例如組織應力、熱應力、加工過程結束后留存下來的殘余應力…等等）。

（二）機械性能,金屬在一定溫度條件下承受外力（載荷）作用時，抵抗變形和斷裂的能力稱為金屬材料的機械性能（也稱為力學性能）。金屬材料承受的載荷有多種形式，它可以是靜態載荷，也可以是動態載荷，包括單獨或同時承受的拉伸應力、壓應力、彎曲應力、剪切應力、扭轉應力，以及摩擦、振動、沖擊等等，因此衡量金屬材料機械性能的指標主要有以下幾項：

3.1.1.強度

這是表征材料在外力作用下抵抗變形和破壞的 能力，可分為抗拉強度極限（σb）、抗彎強度極限（σbb）、抗壓強度極限（σbc）等。由于金屬材料在外力作用下從變形到破壞有一定的規律可循，因而通常采用拉伸試驗進行測定，即把金屬材料制成一定規格的試樣，在拉伸試驗機上進行拉伸，直至試樣斷裂，測定的強度指標主要有：

（1）強度極限：材料在外力作用下能抵抗斷裂的 應力，一般指拉力作用下的抗拉強度極限，以σb表示，如拉伸試驗曲線圖中 點b對應的強度極限，常用單位為兆帕（MPa），換算關系有：1MPa=1N/m2=(9.8)-1Kgf/mm2或1Kgf/mm2=9.8MPa。

（2）屈服強度極限：金屬材料試樣承受的外力超過材料的彈性極限時，雖然應力不再增加，但是試樣仍發生明顯的塑性變形，這種現象稱為屈服，即材料承受外力到一定程度時，其變形不再與外力成正比而產生明顯的塑性變形。產生屈服時的應力稱為屈服強度極限，用σs表示，相應于拉伸試驗曲線圖中的S點稱為屈服點。對于塑性高的材料，在拉伸曲線上會出現明顯的屈服點，而對于低塑性材料則沒有明顯的屈服點，從而難以根據屈服點的外力求出屈服極限。因此，在拉伸試驗方法中，通常規定試樣上的標距長度產生0.2%塑性變形時的應力作為條件屈服極限，用σ0.2表示。屈服極限指標可用于要求零件在工作中不產生明顯塑性變形的設計依據。但是對于一些重要零件還考慮要求屈強比（即σs/σb）要小，以提高其可靠性，不過此時材料的利用率也較低了。

（3）彈性極限：材料在外力作用下將產生變形，但是去除外力后仍能恢復原狀的能力稱為彈性。金屬材料能保持彈性變形的 應力即為彈性極限，相應于拉伸試驗曲線圖中的e點，以σe表示，單位為兆帕（MPa）：σe=Pe/Fo式中Pe為保持彈性時的 外力（或者說材料 彈性變形時的載荷）。

（4）彈性模數：這是材料在彈性極限范圍內的應力σ與應變δ（與應力相對應的單位變形量）之比，用E表示，單位兆帕（MPa）：E=σ/δ=tgα式中α為拉伸試驗曲線上o-e線與水平軸o-x的夾角。彈性模數是反映金屬材料剛性的指標（金屬材料受力時抵抗彈性變形的能力稱為剛性）。

3.1.2.塑性,

金屬材料在外力作用下產生 變形而不破壞的 能力稱為塑性，通常以拉伸試驗時的試樣標距長度延伸率δ（%）和試樣斷面收縮率ψ（%）延伸率δ=[(L1-L0)/L0]x，這是拉伸試驗時試樣拉斷后將試樣斷口對合起來后的標距長度L1與試樣原始標距長度L0之差（增長量）與L0之比。在實際試驗時，同一材料但是不同規格（直徑、截面形狀-例如方形、圓形、矩形以及標距長度）的拉伸試樣測得的延伸率會有不同，因此一般需要特別加注，例如常用的圓截面試樣，其初始標距長度為試樣直徑5倍時測得的延伸率表示為δ5，而初始標距長度為試樣直徑10倍時測得的延伸率則表示為δ10。斷面收縮率ψ=[(F0-F1)/F0]x，這是拉伸試驗時試樣拉斷后原橫截面積F0與斷口細頸處小截面積F1之差（斷面縮減量）與F0之比。實用中對于常用的圓截面試樣通常可通過直徑測量進行計算：ψ=[1-(D1/D0)2]x，式中：D0-試樣原直徑；D1-試樣拉斷后斷口細頸處小直徑。δ與ψ值越大，表明材料的塑性越好。