《SY/T6896.4-2018石油天然氣工業(yè)特種管材技術(shù)規(guī)范

第4部分

：鈦合金套管》(2026年)深度解析目錄一

標(biāo)準(zhǔn)框架與行業(yè)價(jià)值：

為何鈦合金套管成為非常規(guī)油氣開發(fā)的關(guān)鍵保障？二

材料選型與鋼級(jí)體系：

如何依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)選擇適配不同腐蝕工況的鈦合金材質(zhì)？三

制造工藝與質(zhì)量控制

：從冶煉到成型，

標(biāo)準(zhǔn)如何規(guī)范鈦合金套管的全流程生產(chǎn)？四

力學(xué)性能要求：

拉伸

硬度與韌性指標(biāo)如何影響鈦合金套管的井下安全性？五

耐蝕性能測(cè)試：

標(biāo)準(zhǔn)中CO2/H2S環(huán)境評(píng)價(jià)方法對(duì)深海油氣開發(fā)有何指導(dǎo)意義？六

幾何尺寸與水壓試驗(yàn)：

關(guān)鍵參數(shù)控制如何確保套管與井眼的適配性和密封性？七

無損檢測(cè)與缺陷判定：

智能化檢測(cè)技術(shù)如何提升標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行的精準(zhǔn)度與效率？八

標(biāo)記

包裝與儲(chǔ)運(yùn)：

標(biāo)準(zhǔn)對(duì)鈦合金套管防損傷保護(hù)有哪些特殊要求？九

現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用與工況驗(yàn)證

：從四川元壩到南?？扇急?/p>

標(biāo)準(zhǔn)如何支撐工程實(shí)踐？十

未來趨勢(shì)與標(biāo)準(zhǔn)升級(jí)

：碳中和背景下鈦合金套管技術(shù)規(guī)范將面臨哪些革新？標(biāo)準(zhǔn)框架與行業(yè)價(jià)值：為何鈦合金套管成為非常規(guī)油氣開發(fā)的關(guān)鍵保障？標(biāo)準(zhǔn)制定的背景與必要性：填補(bǔ)鈦合金管材專項(xiàng)規(guī)范空白1隨著油氣勘探向深層深水高溫高壓及高腐蝕工況延伸，鋼制套管已難以滿足需求。此前國際標(biāo)準(zhǔn)多基于鋼鐵材料，鈦合金因成分性能差異導(dǎo)致設(shè)計(jì)生產(chǎn)無標(biāo)可依。本標(biāo)準(zhǔn)由中石油管工程技術(shù)研究院等單位牽頭，2018年發(fā)布2019年實(shí)施，首次明確鈦合金套管全流程要求，解決了安全隱患與應(yīng)用瓶頸，推動(dòng)行業(yè)技術(shù)升級(jí)。2（二）標(biāo)準(zhǔn)的范圍與核心內(nèi)容：從材料到儲(chǔ)運(yùn)的全鏈條覆蓋1標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了鈦合金套管的鋼級(jí)規(guī)格制造工藝性能要求試驗(yàn)方法及儲(chǔ)運(yùn)等內(nèi)容。適用于石油天然氣工業(yè)用鈦合金套管，尤其針對(duì)高含硫高含CO2等腐蝕環(huán)境。核心章節(jié)包括材料與鋼級(jí)技術(shù)要求試驗(yàn)方法標(biāo)記包裝等，附錄提供服役工況極限與檢驗(yàn)規(guī)范，形成完整技術(shù)體系。2（三）行業(yè)價(jià)值與戰(zhàn)略意義：助力國產(chǎn)鈦合金管材產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用01我國是鈦資源大國，但高端產(chǎn)品曾依賴進(jìn)口。本標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施引導(dǎo)寶鋼寶鈦等企業(yè)實(shí)現(xiàn)鈦合金套管國產(chǎn)化，如2024年寶鋼首次成功應(yīng)用鈦合金套管下井。同時(shí)為南海可燃冰四川元壩高含硫氣田等工程提供技術(shù)依據(jù)，提升我國在高端石油管材領(lǐng)域的國際競爭力，促進(jìn)油氣開發(fā)與鈦產(chǎn)業(yè)協(xié)同發(fā)展。02二

材料選型與鋼級(jí)體系

：如何依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)選擇適配不同腐蝕工況的鈦合金材質(zhì)？鈦合金材料分類與特性：α型α+β型合金的性能差異標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)GB/T3620.1將材料分為純鈦與合金兩類。純鈦（Gr.2）強(qiáng)度較低（屈服強(qiáng)度280-440MPa），易發(fā)生點(diǎn)蝕，僅適用于低強(qiáng)度非腐蝕工況；Ti-3Al-2.5V（Gr.9）為近α型，強(qiáng)度438MPa級(jí)；Ti-3Al-2.5V-Ru（Gr.28）添加Ru元素，耐蝕性提升，強(qiáng)度可達(dá)438-552MPa，適配中低腐蝕環(huán)境。（二）鋼級(jí)標(biāo)記與技術(shù)要求：標(biāo)準(zhǔn)附錄B的規(guī)范化指引01附錄B明確鋼級(jí)標(biāo)記規(guī)則，如“TC4-110”表示Ti-6Al-4V合金，最小屈服強(qiáng)度110ksi。鋼級(jí)劃分需滿足化學(xué)成分力學(xué)性能雙重要求，例如TC4合金鋁含量5.5%-6.75%，釩含量3.5%-4.5%。標(biāo)記需包含制造方鋼級(jí)規(guī)格等信息，確保產(chǎn)品可追溯性。02（三）服役工況極限選擇：附錄A的腐蝕環(huán)境適配指南附錄A提供不同鈦合金的推薦服役極限，涵蓋溫度壓力腐蝕介質(zhì)參數(shù)。如Ti-6Al-4V在CO2分壓≤10MPa溫度≤150℃環(huán)境下適用；Ti-10V-2Fe-3Al則可耐受更高壓力。實(shí)際選型需結(jié)合井眼溫度介質(zhì)成分，參考模擬工況試驗(yàn)數(shù)據(jù)，避免局部腐蝕與應(yīng)力開裂。制造工藝與質(zhì)量控制：從冶煉到成型，標(biāo)準(zhǔn)如何規(guī)范鈦合金套管的全流程生產(chǎn)？冶煉與軋制工藝要求：真空熔煉與阝相變點(diǎn)控制1標(biāo)準(zhǔn)6.1條規(guī)定鈦合金需采用真空自耗電弧爐至少兩次熔煉，確保成分均勻性。熱軋工藝需控制β相變點(diǎn)溫度，如Ti-3Al-2.5V-Ru合金采用β相變點(diǎn)以上軋制，獲得針狀α相組織。成型過程中需避免過熱導(dǎo)致晶粒粗大，影響力學(xué)性能與耐蝕性，關(guān)鍵工藝參數(shù)需記錄備案。2（二）熱處理工藝規(guī)范：固溶處理與時(shí)效強(qiáng)化的參數(shù)控制1對(duì)于α+β型合金，標(biāo)準(zhǔn)要求采用固溶+時(shí)效處理。如TC4合金固溶溫度920-950℃,保溫后水冷；時(shí)效溫度500-550℃,保溫4-8小時(shí)。熱處理后需檢驗(yàn)硬度與拉伸性能，確保屈服強(qiáng)度伸長率符合附錄C要求，例如TC4的伸長率不低于10%，洛氏硬度HRC≤36。2（三）質(zhì)量追溯體系：材質(zhì)證明與過程記錄的完整性要求6.2條要求制造方提供材質(zhì)證明，包含化學(xué)成分力學(xué)性能熱處理記錄等。每批產(chǎn)品需進(jìn)行抽樣檢驗(yàn)，抽樣比例不低于3%。過程記錄需涵蓋熔煉爐號(hào)軋制溫度熱處理參數(shù)等，實(shí)現(xiàn)從原材料到成品的全流程追溯，滿足購方檢驗(yàn)與質(zhì)量追溯需求。四

力學(xué)性能要求

：拉伸

硬度與韌性指標(biāo)如何影響鈦合金套管的井下安全性？拉伸性能要求：屈服強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度的臨界值設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)6.4條規(guī)定不同鋼級(jí)的拉伸性能，如Gr.28鋼級(jí)屈服強(qiáng)度≥438MPa，抗拉強(qiáng)度≥517MPa；TC4-110鋼級(jí)屈服強(qiáng)度≥758MPa，抗拉強(qiáng)度≥862MPa。拉伸試驗(yàn)按GB/T228.1執(zhí)行，試樣取自管體橫向，試驗(yàn)結(jié)果需滿足附錄C的伸長率要求，確保套管承受井下拉伸載荷時(shí)不發(fā)生塑性變形。12（二）硬度要求：洛氏硬度與顯微硬度的檢測(cè)規(guī)范6.5條要求管體洛氏硬度按GB/T230.1測(cè)試，不同鋼級(jí)硬度上限不同，如純鈦Gr.2的HRC≤25，TC4合金HRC≤36。顯微硬度測(cè)試需在橫截面進(jìn)行，避免表面硬化層影響結(jié)果。硬度超標(biāo)會(huì)導(dǎo)致韌性下降，增加脆性斷裂風(fēng)險(xiǎn)，需通過熱處理工藝調(diào)整控制。（三）韌性要求：夏比沖擊試驗(yàn)與低溫韌性保障6.6條規(guī)定沖擊試驗(yàn)按GB/T229執(zhí)行，試樣為V型缺口，試驗(yàn)溫度根據(jù)工況確定，一般為室溫。對(duì)于低溫服役環(huán)境，需額外進(jìn)行低溫沖擊試驗(yàn)，吸收能量不低于27J。韌性不足會(huì)導(dǎo)致套管在井下振動(dòng)沖擊載荷下開裂，標(biāo)準(zhǔn)通過沖擊功指標(biāo)確保其抗沖擊能力。耐蝕性能測(cè)試：標(biāo)準(zhǔn)中CO2/H2S環(huán)境評(píng)價(jià)方法對(duì)深海油氣開發(fā)有何指導(dǎo)意義？均勻腐蝕性能測(cè)試：重量損失法與腐蝕速率計(jì)算A標(biāo)準(zhǔn)7.6條（參考GB/T19830）采用重量損失法測(cè)試均勻腐蝕速率，試樣在模擬工況溶液中浸泡一定時(shí)間后稱重。要求均勻腐蝕速率≤0.05mm/a，確保套管在長期服役中壁厚減薄在允許范圍內(nèi)。測(cè)試溶液需模擬井內(nèi)CO2H2S分壓與溫度，反映實(shí)際腐蝕環(huán)境。B（二）點(diǎn)蝕與縫隙腐蝕評(píng)價(jià)：GB/T18590方法的應(yīng)用按GB/T18590，采用動(dòng)電位極化法測(cè)試點(diǎn)蝕電位，點(diǎn)蝕電位越高耐點(diǎn)蝕性越強(qiáng)。縫隙腐蝕試驗(yàn)通過聚四氟乙烯墊片形成縫隙，觀察試樣表面腐蝕情況。純鈦在95℃1MNaCl溶液中易發(fā)生點(diǎn)蝕，而含RuPd的合金耐縫隙腐蝕性顯著提升，標(biāo)準(zhǔn)據(jù)此限定材料使用范圍。（三）應(yīng)力腐蝕開裂試驗(yàn)：模擬井下應(yīng)力與腐蝕耦合環(huán)境01依據(jù)SY/T0599-2006，采用慢應(yīng)變速率拉伸試驗(yàn)，在含H2S/CO2的溶液中測(cè)試試樣斷裂時(shí)間與延伸率。要求應(yīng)力腐蝕開裂敏感性指數(shù)≤5%，確保套管在拉伸應(yīng)力與腐蝕介質(zhì)共同作用下不發(fā)生開裂。該測(cè)試對(duì)深海高溫高壓高腐蝕井的安全至關(guān)重要。02幾何尺寸與水壓試驗(yàn)：關(guān)鍵參數(shù)控制如何確保套管與井眼的適配性和密封性？幾何尺寸要求：外徑壁厚與圓度的公差范圍6.9條規(guī)定套管外徑公差±0.79mm，壁厚公差根據(jù)規(guī)格不同為±10%或±1.27mm，圓度公差不超過外徑公差的80%。幾何尺寸按GB/T17395測(cè)量，確保套管與井眼接箍的配合精度。壁厚不均會(huì)導(dǎo)致局部應(yīng)力集中，圓度超標(biāo)則影響下井順暢性與密封性。（二）靜水壓試驗(yàn)：耐壓性能與泄漏檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)流程016.10條要求每根套管進(jìn)行靜水壓試驗(yàn)，試驗(yàn)壓力按公式計(jì)算，保壓時(shí)間不少于30秒。試驗(yàn)過程中采用壓力傳感器監(jiān)測(cè)，不允許出現(xiàn)可見泄漏。對(duì)于特殊鋼級(jí)，需進(jìn)行水壓循環(huán)試驗(yàn)，模擬井下壓力波動(dòng)。該試驗(yàn)直接驗(yàn)證套管的密封完整性與耐壓能力，是出廠關(guān)鍵檢驗(yàn)項(xiàng)目。02（三）管端與接箍尺寸：螺紋加工精度與連接性能保障15.4條規(guī)定管端螺紋類型（如API偏梯形螺紋），螺紋牙型螺距公差按API5B執(zhí)行。接箍內(nèi)螺紋與管端外螺紋需進(jìn)行旋合試驗(yàn)，確保配合間隙符合要求。螺紋加工精度不足會(huì)導(dǎo)致連接密封性差，引發(fā)井下泄漏事故，標(biāo)準(zhǔn)通過嚴(yán)格尺寸公差控制連接質(zhì)量。2無損檢測(cè)與缺陷判定：智能化檢測(cè)技術(shù)如何提升標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行的精準(zhǔn)度與效率？超聲檢測(cè)：管體內(nèi)部缺陷的高分辨率識(shí)別7.7條要求采用超聲檢測(cè)檢測(cè)管體內(nèi)部缺陷，如裂紋夾雜等。檢測(cè)頻率2-5MHz，靈敏度按Φ2mm橫孔校準(zhǔn)。對(duì)于壁厚＞12.7mm的套管，需采用雙晶探頭檢測(cè)近表面缺陷。智能化超聲設(shè)備可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)存儲(chǔ)與分析，檢測(cè)效率較傳統(tǒng)方法提升30%以上，符合2030年智能檢測(cè)趨勢(shì)。12渦流檢測(cè)：表面與近表面缺陷的快速篩查渦流檢測(cè)適用于檢測(cè)管體表面裂紋劃傷等缺陷，檢測(cè)速度可達(dá)1-2m/s。標(biāo)準(zhǔn)要求渦流檢測(cè)靈敏度按Φ0.5mm通孔校準(zhǔn)，對(duì)于表面處理后的套管，需調(diào)整檢測(cè)參數(shù)以避免涂層干擾。結(jié)合AI圖像識(shí)別技術(shù)，可自動(dòng)識(shí)別缺陷類型與大小，降低人為誤判率。缺陷判定標(biāo)準(zhǔn)：超標(biāo)缺陷的處理與驗(yàn)收準(zhǔn)則6.13條規(guī)定缺陷的驗(yàn)收等級(jí)，如單個(gè)缺陷長度不超過100mm，深度不超過壁厚的12.5%。對(duì)于超標(biāo)缺陷，允許進(jìn)行修磨處理，但修磨后壁厚不得小于設(shè)計(jì)壁厚的87.5%。無法修復(fù)的缺陷套管需報(bào)廢，確保出廠產(chǎn)品無危及安全的缺陷，符合購方檢驗(yàn)要求。標(biāo)記包裝與儲(chǔ)運(yùn)：標(biāo)準(zhǔn)對(duì)鈦合金套管防損傷保護(hù)有哪些特殊要求？產(chǎn)品標(biāo)記規(guī)范：永久性標(biāo)記與信息完整性018.1-8.5條要求標(biāo)記采用模印或激光打標(biāo)，位置在管體距管端1.5m范圍內(nèi)。標(biāo)記內(nèi)容包括制造方名稱鋼級(jí)規(guī)格爐號(hào)批號(hào)長度等，字體高度不小于10mm。標(biāo)記需清晰永久，避免運(yùn)輸過程中磨損，確保產(chǎn)品全程可追溯，滿足質(zhì)量管控與責(zé)任認(rèn)定需求。02（二）表面處理與防護(hù)：涂層選擇與銹蝕預(yù)防8.6條規(guī)定表面處理可采用酸洗或鈍化處理，去除氧化皮與油污。對(duì)于長期儲(chǔ)存的套管，需涂覆防銹油并包裹氣相防銹紙。彩色標(biāo)識(shí)帶（8.7條）用于區(qū)分不同鋼級(jí)，如紅色代表TC4合金。表面防護(hù)不當(dāng)會(huì)導(dǎo)致鈦合金表面氧化，影響耐蝕性與連接性能。（三）搬運(yùn)與儲(chǔ)存要求：防碰撞與環(huán)境控制19.3-9.7條要求搬運(yùn)時(shí)使用專用吊具，避免鋼絲繩直接接觸管體；堆放高度不超過3層，底層墊木需平整。儲(chǔ)存環(huán)境需干燥通風(fēng)，溫度0-40℃,相對(duì)濕度≤80%，遠(yuǎn)離酸堿腐蝕性物質(zhì)。鈦合金材質(zhì)較軟，碰撞易產(chǎn)生凹陷，標(biāo)準(zhǔn)通過儲(chǔ)運(yùn)規(guī)范降低損傷風(fēng)險(xiǎn)。2現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用與工況驗(yàn)證：從四川元壩到南海可燃冰，標(biāo)準(zhǔn)如何支撐工程實(shí)踐？四川元壩高含硫氣田應(yīng)用：抗H2S腐蝕的實(shí)踐案例01元壩氣田H2S含量高達(dá)15%，此前鋼制套管腐蝕嚴(yán)重。采用本標(biāo)準(zhǔn)推薦的Ti-6Al-4V-Ru合金套管，通過模擬工況試驗(yàn)驗(yàn)證耐蝕性，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中服役3年無腐蝕泄漏。標(biāo)準(zhǔn)的化學(xué)成分與耐蝕性能要求為選材提供依據(jù)，解決了高含硫氣田的管柱腐蝕難題。02（二）南海可燃冰開采應(yīng)用：深水高壓環(huán)境的適應(yīng)性驗(yàn)證南?？扇急_采井深超2000m，壓力達(dá)20MPa。依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)附錄A選擇Ti-10V-2Fe-3Al合金套管，進(jìn)行靜水壓循環(huán)試驗(yàn)與應(yīng)力腐蝕測(cè)試?，F(xiàn)場(chǎng)下井過程中，套管表現(xiàn)出良好的韌性與密封性，標(biāo)準(zhǔn)的力學(xué)性能與水壓試驗(yàn)要求確保了深水開采的管柱安全。（三）現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中的問題與解決：標(biāo)準(zhǔn)與工程實(shí)踐