建设国家创新平台 推动行业技术进步——国家石油天然气管材工程技术研究中心建设绩效

国家工程技术研究中心作为国家创新体系和重大创新基地的重要组成部分,在实施国家创新驱动战略、促进我国产业结构调整和发展方式转变过程中起了重要作用,已成为国家科技发展能力的重要标志之一。国家石油天然气管材工程中心组建以来取得了很大成绩:研发多项创新技术与产品,技术创新能力显著提升;支撑国家重大工程,成果辐射、带动作用进一步增强;行业影响力不断提升,引领发展作用更加突出;实验检测能力显著提升,建成国际一流的工程化试验基地,开放性服务功能增强;自我发展能力逐步提升,造血功能初步形成;人才队伍素质稳步提升,结构更加合理。并针对中心组建过程中存在的问题,从科研、技术服务、机制等方面提出了下一步发展思路。

聚乙烯管材专用料耐高温水浴老化性能研究

以3种聚乙烯(PE)管材专用料(PEX-1,PE100,PERT-I)为研究对象,在95℃下进行水浴老化试验,通过差示扫描量热仪(DSC)、维卡软化温度测定仪、万能试验机研究了其耐热氧老化性能、热变形行为和拉伸性能。结果表明:在95℃下水浴老化1 440 h后,3个样品中,PERT-I的结晶度变化率最小(2.16%),氧化诱导时间(OIT)变化率最小(2.70%),维卡软化温度变化率最小(0.28%),表现出优异的耐热氧老化性能和热变形性能,同时,PERT-I的拉伸强度变化率和屈服强度变化率分别为15.06%,15.16%,可作为耐高温PE管材内衬层的备选材料。

薄壁管材特殊螺纹接头密封性能研究

为了解决薄壁管材特殊螺纹接头在油田频繁出现高压泄漏的问题,采用有限元和实物试验相结合的方式,研究分析了薄壁管材特殊螺纹接头台肩厚度、螺纹过盈量和密封面结构等关键参数对接头密封性能的影响。结果表明,增大台肩厚度、降低螺纹过盈、设计锥/锥密封结构可大幅提高接头密封接触压力积分值,能够较好解决薄壁特殊螺纹油套管密封性能不足而导致的高压泄漏问题。根据该思路设计出常用规格的薄壁特殊螺纹套管,经实物试验验证,薄壁套管接头抗粘扣性能优异,密封性能达到了100%等管体,能够有效解决薄壁特殊螺纹接头上扣不稳定及高压漏失问题。

国内外纯氢及掺氢输送管材研究进展

氢能作为一种二次清洁性能源,同时作为一种零碳能源,具有清洁、安全、高效及可持续的特点,已成为未来能源产业发展方向之一。管道输氢是最安全高效的运输方式,已成为全球氢气远距离输送的首选。阐述了国内外纯氢/掺氢输送管道工程基本情况,归纳了氢损伤概念及氢损伤产生的机理以及氢损伤的影响因素,包括管线钢的化学成分及非金属夹杂等级、微观组织、强度,以及掺氢比例、温度及应变速率等,对国内外氢气输送管道用标准进行了分析,提出了输氢管材的设计及要求。针对纯氢/掺氢管道仍未进行大规模推广应用的现状及下一步需研究的方向进行了展望。

抽油杆偏磨机理及防偏磨技术研究现状

在石油开采过程中,有杆泵是目前应用最广泛的人工举升方法之一。有杆采油系统在石油和天然气行业中被认为是一项成熟的技术,具有易于应用、使用成本低等优势,在世界范围内应用普遍。但在实际运行过程中,抽油杆与油管之间的偏磨问题较为严重,由此带来的经济损失较大。通过对抽油杆产生偏磨的原因进行分析,总结了五大类最新的防偏磨技术,并提出了现有技术的发展方向,以期对生产实践起到一定的指导作用。

用于镀锌铁皮保护层下检测的脉冲涡流技术研究

在实际应用中,脉冲涡流检测技术会受到保温层外的保护层的影响,其中镀锌铁皮保护层对脉冲涡流信号影响较大。研究了不同保护层对脉冲涡流信号的影响,重点分析了镀锌铁皮厚度、提离高度和镀锌铁皮振动对脉冲涡流信号的影响,并提出了解决方案:当提离高度相同时,带镀锌铁皮保护层的脉冲涡流信号幅值较不带保护层时的信号幅值大幅减小,此时需选择穿透能力更强的检测探头并提高发射电流强度;当以晚期信号斜率作为表征壁厚的特征值时,提离高度对计算壁厚的影响较小;考虑到磁致伸缩引起的探头振动,检测过程中应避免检测探头与镀锌铁皮直接接触。

一种石油天然气开采用80钢级膨胀管的性能研究

从显微组织、硬度、残余应力、力学性能、外压与内压失效性能等方面,分析了利用SEW工艺研发的80钢级膨胀管的综合性能.结果表明：开发的80钢级膨胀管的显微组织为铁素体＋回火索氏体;经膨胀率为16.50％的膨胀变形后,管材的屈服强度为640～650 MPa,抗拉强度为725～735 MPa,伸长率为18.5％～20.5％,焊缝横向（1/2尺寸,0℃）冲击功达到56～60 J,抗外压挤毁强度超API RP 5C3标准要求值18％,静水压强度超API Spec 5CT标准要求值88％,综合力学性能良好。

CO_(2)捕集、利用与封存技术及CO_(2)管道研究现状与发展

CO_(2)捕集、利用与封存(CO_(2)Capture, Utilization and Storage, CCUS)技术是减少碳排放的有效手段之一,是实现中国“双碳”目标的重要技术保障,其中CO_(2)管道输送是最重要的一环。从CCUS技术和CO_(2)管道设计两个维度综述了国内外CO_(2)捕集、CO_(2)运输、CO_(2)封存和CO_(2)利用的研究进展,针对运输过程,着重从工艺设计、杂质、含水量、止裂控制和风险评估等方面梳理了CO_(2)管道设计的研究成果。中国目前正在大力推进CCUS技术,中国石油、中国石化和中国海洋石油等机构分别成立了相关的研究机构,聚焦CCUS发展的各个环节。虽然中国尚处于技术发展的初级阶段,但相信随着科研人员的努力会很快赶超发达国家,跻身第一方阵。研究结果旨在为中国的CCUS技术发展提供参考,促进中国CCUS技术的推广实施和CO_(2)管道的合理设计。

2205/X65爆炸焊复合板JCO成型过程协同变形行为研究

为了研究JCO成型工艺参数对2205/X65爆炸复合板结合界面附近应变协调性的影响,建立了2205/X65爆炸复合板三点弯曲过程的有限元模型,结合数字图像相关法对模型进行了验证。采用该模型进行仿真研究,结果表明,上模半径越小,界面附近的最大应变差越大,复合板JCO在成型过程中变形不协调区域的宽度越小;跨距越小,复合板在JCO成型过程中变形不协调区域的宽度越大,跨度变化对界面附近最大应变差没有显著影响;下压量增大时,界面附近变形不协调区域的宽度增大,但界面附近最大应变差的变化不显著;下模半径大小和复合板厚度比对加工变形协调性影响不显著。在实际生产中,建议选用较大上模半径和较大跨距,采用小下压量多次成型。

连续管技术研究现状与发展趋势

连续管及其作业技术是石油天然气资源开发的一项技术利器,自2009年连续管实现国产化以来,通过不断深入研究、快速突破及应用,连续管制造技术实现了跨越式发展,为油气田大批量、规模化应用创造了条件,也有力推动了我国连续管作业技术的进步。详细介绍了低碳微合金连续管、耐蚀合金连续管、非金属复合连续管、多通道连续管、大功率电加热管缆、智能连续管等管材的研究现状、技术难点和发展方向,指出我国连续管在油气集输和海洋应用方面仍有较大的发展空间,大直径、高强度、高塑性、高耐蚀、非金属、多通道、智能化等是未来连续管制造技术的发展方向。

长输油气管道检测技术研究现状

管道运输是目前大规模、长距离输送石油及天然气的主要方式,我国长输油气管道中服役时间超过20 a的接近60%,随着服役时间的增加,管道出现泄漏的风险也在逐渐增大。各管道建设单位和科研院所开始重视长输油气管道内检测技术的研究。基于此,介绍了管道内外检测技术的主要方法、基本原理和特点,对国内外最新的研究成果进行了总结,指出未来的检测技术应与人工智能和大数据等相结合。

储氢技术的研究现状及进展

全球人口增长、能源危机和环境恶化对清洁能源的需求日益增加,各国都在致力于发展新型清洁能源,氢能已上升到了战略高度,储氢技术是发展氢能全产业链的关键环节,对氢能的发展具有重要意义。基于此,研究总结了氢能的发展现状,并归纳出固态储氢、低温液态储氢、高压气态储氢和有机液体储氢等储氢技术国内外的研究进展,并分析了各自的特点和优势。分析得出:固态储氢的储氢容量高,是非常理想的储氢技术;低温液态储氢目前是中国能源发展重点研究方向,具有巨大的潜在市场;高压气态储氢是中国目前应用最广泛的储氢技术;有机液体储氢的发展潜力巨大,方便安全,可以实现大规模存储。未来以氢能为代表的新能源将占据市场主体,助推中国实现“双碳”目标。

钛合金材料在石油工业中的应用及其抗腐蚀性能研究进展

钛合金材料由于具有高强度、低弹性模量和优良的耐腐蚀性,在石油工业中常被作为油井管的新材料来代替碳钢。从钛合金在油井管中的应用入手,综述了其力学性能和钛合金钻杆、油套管抗腐蚀性能的研究进展,并对比了石油工业中常用的几种碳钢材料与钛合金的疲劳寿命。同时,讨论了添加金属元素与优化制造工艺这两方面因素对钛合金抗腐蚀性能的影响。最后,提出了钛合金在实际生产应用过程中可能面临的问题。

胶凝酸及酸化返排液中钛合金管材均匀腐蚀行为研究

针对钛合金油管在酸化作业中的腐蚀问题,开展了在不同温度、压力、流速及添加不同比例缓蚀剂的胶凝酸溶液及酸化返排液中钛合金管材的均匀腐蚀试验。利用扫描电镜、EDS等工具分析了腐蚀形貌和表面腐蚀产物。结果表明:随着试验温度从50℃升至150℃和试验压力从5 MPa增至10 MPa,钛合金管材在0.1 mol/L浓度胶凝酸中腐蚀速率明显增加,且在5 MPa、150℃或10 MPa、100℃条件下发生溶蚀现象。而在90~160℃、16 MPa条件下,添加3%~6%质量分数的钼酸钠类缓释剂可明显降低腐蚀速率,但在3%缓释剂的90℃溶液中,流速增至60 r/min则导致管材腐蚀速率增加约4.5倍。同时,在高温酸化返排液中钛合金管材仍存明显动态腐蚀,需要添加一定比例缓释剂控制钛合金的腐蚀速率。

基于PHAST的天然气管道泄漏后果危害范围模拟研究

针对天然气管道泄漏引发的事故后果,依据相关计算理论及伤害准则,采用PHAST软件对不同输送压力、泄漏孔径、环境风速、泄漏方向等因素进行分析,确定了不同工况下室内人员及室外人员的伤亡范围。研究表明:影响火灾爆炸事故最严重的因素是泄漏孔径,造成人员伤亡半径的影响大小依次为:火球>喷射火>蒸气云爆炸,事故造成人员伤亡距离室外大于室内。根据国标相关计算公式计算某管线运行工况下的潜在影响半径略低于模拟值,因此国标对潜在影响半径的设置略为保守,该研究结果可为天然气扩散后果的影响因素及危害范围的研究提供参考。

新一代大输量油气管材制造关键技术研究进展

针对目前大输量油气管道建设的需要,分析了新一代大输量油气管道用X80钢级大直径、厚壁埋弧焊管制造及应用的几个热点问题和关键技术。主要包括:基于良好焊接性的管材合金成分设计;X80钢级厚壁管线钢低温韧性及DWTT控制;厚壁管材多丝埋弧焊焊缝及热影响区韧性控制技术;大直径、厚壁X80埋弧焊管残余应力控制以及适合于现场施工自动焊的管端几何尺寸高精度控制技术等。旨在为我国X80钢级大直径油气输送管材工程化生产和超大输量管线建设提供支持和参考。

国内外油气输送管道钢管标准发展现状与研究

为了研究了解国内外油气输送管道用钢管标准发展现状,本文介绍了ISO 3183和API 5L、CSA Z245.1、IOGP S-616等国外先进标准概况,国内新版GB/T 9711修订变化情况,介绍目前国内油气输送管道用钢管产品质量控制标准模式,还对比分析了CSA Z245.1、IOGP S-616和GB/T 9711标准相关指标差异。研究表明:国外钢管标准发展较快,多建立在对API 5L或ISO 3183等为基础标准的补充要求之上,IOGP S-616内容详细,指标严格,CSA Z245.1具备自身特点,我国已形成基础标准加多重补充技术要求的标准模式。

基材表面处理方式对油管内涂层的性能影响研究

随着防腐防蜡的涂层油管在油田中被广泛应用,油管涂覆技术已成为研究热点。为了研究基材不同处理方式对涂层性能的影响,对油管内表面进行喷砂和化学除锈处理,选用无溶剂环氧涂料进行涂覆,对涂层进行表面观察,并对其塑韧性、耐腐蚀性等性能进行检测。实验结果表明:喷砂后材料表面冲蚀坑大小均匀,粗糙度可以达到39.069μm;化学除锈表面出现成片腐蚀,粗糙度为15.145μm,涂层粗糙度仅为2.037μm。两种处理方式涂层的附着力均满足使用要求,但喷砂后的附着力比除锈后的附着力高45%;对涂层进行弯曲、疲劳等性能评价后,涂层均未出现开裂和漏点等现象;经高温高压腐蚀后,化学除锈后试样表面出现鼓泡,但喷砂后材料表面未出现变化。

天然气管道在役焊接熔池流动行为及成形研究

为解决天然气管道在役焊接安全性评价中焊缝几何形状不易控制的问题,探明工艺参数对焊缝参数的影响规律,基于Fluent软件建立了天然气管道在役焊接过程中焊缝熔滴下落、与熔池混合、焊缝温度场-流场动态演变过程的三维动态模型,分析了焊接电流、管壁散热系数对熔池温度场、流场及焊缝几何参数的影响。结果表明,随着焊接电流的增加,焊缝宽度、熔池深度逐渐增加,焊缝高度逐渐降低;与焊接电流110A相比,焊接电流为170A时焊缝宽度、熔池深度分别增加了4.92%和28.39%,焊缝高度降低了16.77%;而随着散热系数的增加,焊缝宽度、熔池深度逐渐减小,焊缝高度逐渐增加;与散热系数620W/(m^(2)·℃)相比,散热系数为2320W/(m^(2)·℃)时焊缝宽度、熔池深度分别降低了3.39%和9.28%,焊缝高度则增加了5.27%;散热系数对焊缝参数的影响程度由大到小依次是熔池深度、焊缝高度、焊缝宽度。研究结果可为在役管道现场焊接应用提供理论参考。

国内外输氢管道相关标准及技术要求分析

为了更好地了解国内外输氢管道标准制定和应用情况,对ASME B31.12—2019 《氢气管道和管线》、CGA G-5.6—2005 (R2013)《氢气管道系统》以及GB/T 34542 《氢气储存输送系统》、GB/T 9711 《石油天然气工业管线输送系统用钢管》和T/CSPSTC 103—2022 《氢气管道工程设计规范》等标准分别从标准内容、适用范围、管材设计与选用、检测评价以及试验方法等方面进行了分析对比,以期为我国输氢管材研究、输氢管道标准制定以及管道建设提供参考。