国有企业新兴产业科技成果转化实践与认识——以中国石油集团工程材料研究院有限公司为例

科技成果转化作为科技创新工作中的重要一环,是培育和壮大新兴产业的关键。本文结合中国石油集团工程材料研究院新兴产业科技成果转化实际,总结国有企业新兴产业科技成果转化的内在要求,并从加强管理、健全评价、丰富载体、完善激励、队伍建设及服务保障等方面,提出国有企业进一步做好新兴产业科技成果转化的建议。

中国石油新型储能技术进展与前景展望

全球能源领域正在发生巨大变革,传统国际油公司纷纷布局新能源,向绿色低碳方向转型。储能具有能量存储与灵活调度等功能,在油气田风光发电的电源侧、电力输送的电网侧以及油气行业上中下游的用户侧存在众多应用场景,将发挥重要作用。文章研究梳理了储能行业发展态势及各类先进储能技术的特点与成熟度,探讨了油气行业所需的低成本、高安全、耐宽温、大容量等先进储能技术类型,提出了当前在技术成本、容量和规模、循环寿命和可靠性、地理限制和环境影响、法规和政策支持等方面面临的挑战。在对国际油气与能源公司的储能布局调研分析的基础上,按小规模(<1MW/1MW·h)、中等规模(1MW/1MW·h~100MW/100MW·h)、大规模(>100MW/100MW·h)对油气行业储能需求进行分类。“十三五”以来,中国石油储能在钛酸锂电池、水系锌离子电池、液流电池等电化学储能技术以及盐穴压缩空气、飞轮储能为主的物理储能技术等方面取得了系列创新成果。面对储能技术路线多样、迭代迅速和产业链长等特点,油气企业需依托自身需求与特色应用场景以推动储能业务发展。具体建议:发挥储能的纽带作用,加速油气行业与新能源融合发展;发展符合油气行业需求的特色储能技术,快速形成标准体系;加强跨学科人才培养力度,培养适应油气行业储能技术发展的工程技术人才;发挥储能在未来综合能源系统中的核心作用,支撑油气企业向综合性能源公司转型。

Ⅳ型储氢气瓶内衬材料聚酰胺6氢渗透行为的分子模拟研究

采用分子模拟方法,在不同温度(30、40、60、80℃)和压力(82、87.5、98、103 MPa)条件下,研究氢气在聚合物材料聚酰胺6(PA6)中的渗透性,并分析了氢气的渗透机理。结果表明,温度升高时,吸附热和自由体积分数逐渐增加,热运动加剧,分子运动空间增大,氢气在PA6中的溶解度系数、扩散系数以及渗透系数均呈增大趋势。在压力为103 MPa时,升高温度对渗透系数的影响最大,增加了88.3%。随着压力增大,氢气与PA6分子链之间的相互作用减小,自由体积分数减小,所以氢气在PA6中的溶解度系数、扩散系数以及渗透系数均呈下降趋势。在温度为60℃时,压力对渗透系数影响最显著,降低了38.6%。氢气在PA6中的渗透机理包括在低势能区的聚集性吸附过程,和在自由体积处形成的空穴内振动-空穴间跃迁的扩散过程,温度升高时,氢气分子运动变得活跃,有更多的空穴间跳跃次数,压力升高时,变化相反。

超高速激光熔覆技术及其耐磨蚀涂层材料研究进展

超高速激光熔覆技术是一种新型的表面涂层制备技术,可用于制备具有冶金结合的致密金属防护涂层。与传统熔覆工艺相比,超高速激光熔覆的加工效率高、涂层稀释率低,且涂层内部晶粒组织明显细化,可表现出更加优异的防护性能,在工业生产中具有广阔的应用前景。介绍了超高速激光熔覆技术的原理与加工特点,分析了国内外超高速激光熔覆设备的发展现状,综述了超高速激光熔覆涂层材料的研究进展,讨论了当前超高速激光熔覆涂层发展的主要问题,并展望了超高速激光熔覆技术及其涂层材料的发展趋势。

退役锂离子电池正极材料直接回收技术研究进展

随着新能源汽车行业的蓬勃发展,动力电池的大规模报废已经成为环境领域面临的重大挑战。直接回收技术作为退役锂离子电池再生利用的新思路,能够在不破坏正极材料晶体结构的前提下,高效修复材料组分与物化性能,具有广阔的应用前景。本文以锂离子电池正极材料(钴酸锂、磷酸铁锂、锰酸锂、镍钴锰酸锂)在循环充放电过程中活性锂流失、晶体结构受损等现象为出发点,系统总结了当前退役正极材料直接回收的主要方法,包括固相法、共晶熔盐法、水热法、电化学法等,同时对上述修复方法所解决的问题及其局限性进行了深入讨论和总结,对退役锂离子正极材料的直接回收技术的发展进行了展望。

工况外载条件下钛合金/钢钻杆接头有限元分析对比研究

由于我国的优质天然气资源主要集中在深层及超深层,超深井的钻探对钻柱提出了更高的性能要求。钛合金钻杆由于具有高强、低密、耐蚀、抗疲劳、耐热和无磁性等优点,是超深层天然气钻柱的研究热点。本文使用三维有限元分析方法,对比研究不同外载条件下钛合金材料和钢钻杆材料对高承载钻杆接头承载性能和密封性能的影响,并分析高承载钻杆接头在工况下的失效方式和力学特性。结论表明:钛合金材料可以使钻杆接头的整体应力水平降低20%,抗扭能力提高约60%,但在同样扭矩上扣后螺纹接头的主台肩密封压力比钢制钻杆接头低15%~20%;当加载内压+拉伸+弯矩的复合载荷后,螺纹的最大危险点由外螺纹主台肩圆弧凹槽处转移到了在外螺纹主台肩侧第一圈齿根处,螺纹整体的应力水平增高,密封性能下降。因此为了满足超深井天然气井钻采需求,使用钛合金/钢钻杆复合钻柱时,可适当提高钛合金钻杆的上扣扭矩,提高螺纹接头的密封性能。

石油天然气工业用耐微生物腐蚀特殊钢的研究现状

随着注水作业的广泛应用,微生物腐蚀已成为石油天然气工业管道和设备腐蚀失效的主要原因,耐微生物腐蚀特殊管材的开发是应对这类失效问题的有效措施。根据腐蚀性微生物及生物膜的作用,综述了与微生物腐蚀密切相关的生物膜的性质及演变规律,系统分析了含铜低合金钢、含铜不锈钢等耐微生物腐蚀特殊钢的研究进展,讨论了合金元素、微观结构在改善耐微生物腐蚀性能方面的作用机制,最后展望了耐微生物腐蚀特殊钢的发展方向,为推动石油天然气工业用耐微生物腐蚀特殊管材的开发和应用提供参考。

近海风力发电用铜基粉末冶金摩擦材料研究进展

近海风力发电机组制动具有“三高”(高速、高力矩、高压力)和“一特殊”(海洋水雾、盐雾腐蚀环境)的特点,铜基粉末冶金材料因具有组织均匀、导热性好、耐磨性高、摩擦系数稳定等优点,可应用于近海风力发电的摩擦材料。本文综述了近年来铜基粉末冶金摩擦材料在成分组元、制备工艺以及仿真模拟等方面的研究进展,其中铜基粉末冶金材料的成分组元主要包括基体组元、润滑组元和摩擦组元,其制备工艺主要采用传统热压烧结和放电等离子烧结,同时概述了材料在制动过程中温度场和应力场的仿真模拟,最后展望了铜基粉末冶金摩擦材料的发展前景。

油气与新能源工程材料研究方向与重点内容探析

油气与新能源是保障国家能源安全的关键,工程材料在油气增储上产和新能源开发中占有极其重要的地位。提出了油气与新能源工程材料的概念和范围,并从满足油气与新能源探测、开发、储运、炼化需求出发,分析了油气与新能源所需工程材料的特点,重点阐述了其研究对象、攻关思路和技术领域,并对工程材料基础研究、卡脖子材料国产化、应用关键技术攻关等重点研究方向和内容进行了展望,为加快我国油气与新能源工程材料科技创新提供参考。

石油管材在含氯离子介质中的腐蚀研究进展

油田采出液中Cl^(-)含量越来越高,导致注采系统、集输系统用材料的腐蚀愈来愈严重。对石油管材在含氯离子介质中的腐蚀行为研究现状进行了综述,总结了其腐蚀机理、影响因素和腐蚀特征。介绍了Cl^(-)与HCO_(3)^(-)、Ca^(2+)以及CO_(2)-O_(2)-Cl^(-)协同作用下对石油管材腐蚀的影响规律,指出当前研究的不足之处,为后期研究方向以及预防措施的选择提供参考。

油气田酸化压裂环境下碳钢油套管材的腐蚀行为研究

为了明确某油田在酸化压裂环境下鲜酸、残酸对油套管材料腐蚀性能的影响规律及材料的适应性,采用腐蚀失重法、三维体视光学显微镜观察等方法分析了P110、C110油管材料在酸化全过程的腐蚀损伤发展趋势、点蚀敏感性和不同条件下的腐蚀形貌特征,并优化了酸化缓蚀剂。结果表明:随着鲜酸酸化温度的逐渐升高,材料腐蚀程度均呈增大趋势,当温度≥180℃时,C110的平均腐蚀速率v_(corr)=127.7 g/(m^(2)·h),P110的平均腐蚀速率v_(corr)=407.0 g/(m^(2)·h),均远高于指标要求;在模拟鲜酸温度为100℃时材料表面已出现点蚀形核现象,随着温度的升高,点蚀敏感性逐渐增大。在超高温180℃的残酸环境下,C110和P110材料均发生极严重腐蚀。酸化液组分中缓蚀剂在高温条件下明显失效,导致残酸返排环境下管材遭受严重腐蚀损伤。优化后的改性曼烯碱酸化缓蚀剂通过多层吸附膜的形成明显减缓了材料的腐蚀速率,在180℃高温鲜酸环境下缓蚀率为89.4%。

油气田注入井况中管材氧腐蚀的研究进展

油气田注入井况中管材腐蚀问题突出,造成油气行业严重的资源浪费及安全隐患,而氧腐蚀已成为导致管材穿孔失效的主要原因之一。综述了近年来油气田注入环境中管材氧腐蚀的研究进展,重点关注了注入井况、注入参数(如工艺条件、温度、含氧量、流速等)对金属材料氧腐蚀的影响,探讨了氧腐蚀的机理及防护方法,并分析了目前研究中存在的不足。结合油气田工程需求,对未来该领域的研究工作提出了建议。

湿气环境中CO_(2)-H_(2)S在α-Fe(110)密排面上吸附与点蚀机理研究

目的从微观尺度探究CO_(2)-H_(2)S(CO_(2)和H_(2)S共存)在湿气管道顶部的吸附特性,进而揭示点蚀机理。方法基于密度泛函理论的第一性原理,利用Materials Studio构建CO_(2)、H_(2)S和CO_(2)-H_(2)S在α-Fe(110)密排面的吸附模型,对CO_(2)、H_(2)S和CO_(2)-H_(2)S在α-Fe(110)面的吸附能、局域态密度、分波态密度和差分电荷密度进行仿真;利用高温高压釜模拟CO_(2)-H_(2)S-Cl^(-)腐蚀环境,分析L360钢在湿气环境中的腐蚀行为;最后,揭示含Cl^(-)湿气管道顶部CO_(2)-H_(2)S吸附机制与点蚀机理。结果CO_(2)、H_(2)S、CO_(2)-H_(2)S及CO_(2)-H_(2)S-Cl^(-)在最稳定位置时的吸附能分别为-4.065、-3.961、-8.538、-12.775e V,表明相较于CO_(2)与H_(2)S单独吸附,CO_(2)-H_(2)S在α-Fe(110)面的吸附能更负,Cl^(-)会进一步降低CO_(2)-H_(2)S的吸附能;且CO_(2)在与H_(2)S竞争环境电子中占优势;Cl^(-)会使CO_(2)-H_(2)S的局域态密度峰值降低,转移趋势为失去电子,基体和腐蚀介质的电子向着低能级跃迁释放出更多能量,进而加强了Fe与CO_(2)-H_(2)S间的化学键强度;Cl^(-)的2p轨道与Fe的3d轨道在-6.8 eV和-5.7 eV发生重叠,Cl^(-)被吸附到Fe表面并与Fe形成化学键生成氯化物,进而改变腐蚀产物膜的组分与结构,削弱产物膜的致密性和稳定性,减弱腐蚀阻抗力。在含Cl^(-)湿气的CO_(2)-H_(2)S环境中,液相中的Cl^(-)浓度升高,使L360钢的气相平均腐蚀速率逐渐增大,最高达2.935mm/a,点蚀越发严重。结论CO_(2)与H_(2)S在α-Fe(110)面吸附存在一定的协同和竞争作用,协同促进金属的腐蚀,FeCO3会优先沉积成膜,但H_(2)S会抑制FeCO3的生长,腐蚀产物以FeS为主;Cl^(-)会增强CO_(2)-H_(2)S与α-Fe(110)面间的作用力,弱化腐蚀产物膜层的保护性,进一步加速金属腐蚀、尤其是点蚀。

油田用纤维增强塑料压力容器的应用及研究进展

纤维增强塑料压力容器具有耐腐蚀性好、比强度高、耐疲劳性好、质量轻、易于成型、保温性好等优点,近年来逐渐应用于油气处理领域。首先,对纤维增强塑料压力容器在国内油田的应用现状和成型工艺进行了介绍;其次,对影响纤维增强塑料压力容器性能的因素进行了分析总结;然后,对纤维增强塑料压力容器的相关标准进行了介绍,并对国内外纤维增强塑料压力容器无损检测技术的相关研究进行了综述;最后,对纤维增强塑料压力容器在油田的发展趋势进行了展望。

C/C复合材料钎焊接头应力场的有限元分析

异种材料钎焊接头中的残余应力是接头连接质量低的主要原因之一。本工作基于热-弹-塑性理论,以Abaqus有限元软件为平台,采用数值模拟计算的方法,研究C/C-C/C、C/C-TiAl同种及异种材料钎焊接头残余应力状态,揭示应力分布对接头连接性能的影响。结果表明:不同钎焊接头中,等效应力大小和分布状态不同。同种材料接头中应力集中分布在钎缝和C/C复合材料钎焊面棱角处,从外向内逐渐减小;异种材料接头中,应力集中在靠近钎缝区域的C/C复合材料上,从内向外逐渐减小。影响接头性能的应力主要为钎缝轴向正应力和垂直于轴向的切应力。同种材料接头中残余应力较小,C/C复合材料受轴向拉应力几乎为零,影响其连接性能的主要是切应力。异种材料接头中残余应力较高,C/C复合材料中最大轴向拉应力分布在棱角位置,最大切应力分布在钎焊面内部。

80-3Cr油管钢在CO_(2)驱环境下的性能研究与应用

针对CO_(2)驱高CO_(2)分压、高H_(2)S分压、低温井筒环境造成N80、P110管柱失效的问题,开展了80-3Cr、N80、P110三种管材的耐CO_(2)腐蚀、抗H_(2)S应力腐蚀开裂、耐低温冷脆对比评价试验。结果表明,不同CO_(2)工况条件下,N80、P110、80-3Cr油管在添加缓蚀剂情况下的腐蚀速率分别为0.0549 mm/a、0.0645 mm/a、0.0333 mm/a;80-3Cr油管的腐蚀速率明显低于N80、P110油管;80-3Cr油管在不同H_(2)S环境下均未出现应力腐蚀开裂,具有较好的抗H_(2)S应力腐蚀性能;在-20℃的低温环境下,N80和P110油管冲击功分别只有80-3Cr油管的62.6%和23.2%;80-3Cr油管在CO_(2)驱油现场应用后,管柱失效率从2019年的20%下降到0,取得显著效果。

非均匀载荷条件下射孔套管抗挤强度的影响规律研究

油气井套管抗挤毁性能与材料屈服强度关系紧密,聚能射流穿孔过程中孔眼处存在的射孔裂纹将对射孔套管的抗挤强度产生显著影响。首先针对不同型号钢级的套管进行射孔侵彻实验;然后对无孔眼、机加孔眼和射孔孔眼试件进行静力外挤试验,对比射孔裂纹影响下试件抗外挤性能的变化;最后通过有限元仿真分析了射孔裂纹的存在对套管抗挤性能的影响。结果表明:射孔初始裂纹会加剧孔眼处套管的应力集中现象,并使得射孔套管的抗外挤强度显著下降。此外,相较于孔密与相位,孔径对射孔套管抗外挤强度的降低效果最为显著。

风电塔筒用Q355E钢焊接接头在模拟酸雨环境下的腐蚀特性研究

风力发电机长期服役于恶劣的环境下,其中,酸雨的腐蚀是影响塔筒在服役过程中安全运行的重要因素。该文以风电塔筒材料Q355E钢焊接接头为研究对象,通过电化学与声发射联合的方法讨论该接头在模拟酸雨环境下不同腐蚀阶段的腐蚀速率以及声发射信号规律,并辅以电镜扫描和能谱分析来对腐蚀程度进行有效判别。结果表明:接头的腐蚀速率先增大后减小、再增大并逐渐趋于稳定,并在腐蚀前期和后期出现微弱扩散;声发射信号主要为金属溶解信号与腐蚀产物堆积、钝化膜破裂和气泡破裂信号,并且在金属溶解阶段和腐蚀产物堆积阶段的频域范围更宽,主要集中在90~190 kHz和110~190 kHz。

油气钻采用钛合金钻杆材料服役损伤行为研究进展

深层油气、海洋可燃冰等苛刻环境资源逐渐成为能源主要采收领域。愈发苛刻的钻采环境对石油钻杆服役性能提出了更高的需求。高性能钛合金钻杆具有低密高强、耐蚀及抗疲劳等特性,可有效提升高温、高压、高腐蚀及动载荷等苛刻环境下的能源钻采能力和效率。分析了我国钛合金钻杆大规模推广应用的制约因素,综述了强酸及复杂动载钻采环境下钛合金钻杆的腐蚀、疲劳等服役损伤行为机理研究进展,结合实际服役工况,指出了存在的问题,展望了将来的研究方向。

AMPP对我国石油工业团体标准化发展的启示

团体标准作为优化标准供给结构的有效手段,定位于充分发挥技术优势的原创性、高质量标准,而我国石油天然气领域团体标准化工作整体处于起步的初级阶段。本文通过对材料性能与防护协会(AMPP)的深入调研,从会员结构及管理、标准研制原则、标准制修订流程及运营模式等多个维度分析了该协会标准化工作发展情况,深入剖析了该协会的发展成功经验,总结提炼了团体标准化发展启示。为我国的石油天然气领域团体标准化工作发展提供新思路,助力该领域团体标准化高质量发展。