馮耀榮，馬秋榮，張冠軍

(石油管材及裝備材料服役行為與結(jié)構(gòu)安全國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國(guó)石油集團(tuán)石油管工程技術(shù)研究院　陜西　西安　710077)

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石油管材及裝備材料服役行為與結(jié)構(gòu)安全研究進(jìn)展及展望*

馮耀榮，馬秋榮，張冠軍

(石油管材及裝備材料服役行為與結(jié)構(gòu)安全國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國(guó)石油集團(tuán)石油管工程技術(shù)研究院陜西西安710077)

摘要:論述了加強(qiáng)石油管材及裝備材料服役行為與結(jié)構(gòu)安全研究的重要意義、主要研究進(jìn)展、面臨的形勢(shì)任務(wù)、發(fā)展目標(biāo)、研究領(lǐng)域和方向。經(jīng)過(guò)30余年的努力開(kāi)拓，我國(guó)石油管材及裝備材料服役行為與結(jié)構(gòu)安全軟硬件平臺(tái)及核心技術(shù)體系已基本形成，在高壓輸氣管道斷裂與變形控制、在役管道安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)、油氣井管柱完整性和適用性評(píng)價(jià)、石油管材及設(shè)備腐蝕與防護(hù)、高性能管材應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)等方面取得了重要突破。面對(duì)我國(guó)油氣工業(yè)面臨的嚴(yán)峻形勢(shì)和對(duì)安全生產(chǎn)提出的新挑戰(zhàn)，擬進(jìn)一步加強(qiáng)“石油管材及裝備材料服役行為與結(jié)構(gòu)安全國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”建設(shè)，圍繞油井管與管柱失效預(yù)防、輸送管與管線安全評(píng)價(jià)、腐蝕與防護(hù)、先進(jìn)材料及應(yīng)用技術(shù)四大研究方向努力攻關(guān)，建立石油管材及裝備材料服役行為與結(jié)構(gòu)安全理論和技術(shù)體系，力爭(zhēng)5到10年內(nèi)整體技術(shù)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，將實(shí)驗(yàn)室建成石油管材及裝備材料服役安全科學(xué)研究基地、高端人才培養(yǎng)基地、國(guó)際合作與學(xué)術(shù)交流基地、石油工程材料服役安全技術(shù)支持中心，有力支撐石油天然氣工業(yè)發(fā)展。

關(guān)鍵詞:石油管材;石油裝備;服役行為;結(jié)構(gòu)安全;研究方向

0　引言

鑒于石油管材及裝備材料在石油天然氣工業(yè)中的基礎(chǔ)性地位和重要作用以及面臨的重大共性理論和工程技術(shù)難題，在“中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司石油管工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”和“陜西省石油管材及裝備材料服役行為與結(jié)構(gòu)安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”的基礎(chǔ)上，國(guó)家科技部批復(fù)建立了“石油管材及裝備材料服役行為與結(jié)構(gòu)安全國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”。經(jīng)過(guò)30余年的努力開(kāi)拓，我國(guó)石油管材及裝備材料服役行為與結(jié)構(gòu)安全研究已取得了若干重要進(jìn)展。已初步形成“石油管工程學(xué)”、“材料服役安全工程學(xué)”、“石油管安全工程學(xué)”、“石油管材及裝備材料服役行為與結(jié)構(gòu)安全”等新型交叉學(xué)科［1－4］。本學(xué)科涉及石油天然氣工程、材料科學(xué)與工程(材料學(xué)、材料物理、材料化學(xué)、材料加工工程)、冶金工程、機(jī)械工程、力學(xué)(彈塑性力學(xué)、斷裂力學(xué)、管柱力學(xué)、流體力學(xué)、巖土力學(xué))、安全科學(xué)技術(shù)和安全工程、計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、化學(xué)、物理等學(xué)科，具有多學(xué)科交叉的顯著特點(diǎn)，因此，本學(xué)科的發(fā)展與多學(xué)科的并行及耦合交互發(fā)展密切相關(guān)。本文結(jié)合國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)與運(yùn)行，就加強(qiáng)石油管材及裝備材料服役行為與結(jié)構(gòu)安全研究的重要意義、研究進(jìn)展、發(fā)展目標(biāo)、研究方向等問(wèn)題進(jìn)行論述，以促進(jìn)石油管材及裝備材料服役安全學(xué)科的發(fā)展。

1　加強(qiáng)石油管材及裝備材料服役行為與結(jié)構(gòu)安全研究的重要意義

石油管材及裝備是石油天然氣工業(yè)的基礎(chǔ)，年耗資達(dá)千億元，石油管材及裝備的安全可靠性和使用壽命對(duì)石油工業(yè)關(guān)系重大，其失效會(huì)導(dǎo)致巨大經(jīng)濟(jì)損失、人員傷亡、環(huán)境污染和社會(huì)影響，其質(zhì)量和性能對(duì)石油天然氣工業(yè)采用先進(jìn)工藝和增產(chǎn)增效有重要影響。

以油氣井管柱及其構(gòu)件為例，約占油氣田裝備總資產(chǎn)的60％，占建井成本的20％～30％。我國(guó)每年消耗油井管約350萬(wàn)噸，耗資約250億元。套管柱的壽命基本上決定了油氣井的壽命，油管柱是產(chǎn)油出氣的唯一通道，而鉆柱是鉆井的關(guān)鍵工具。在復(fù)雜的拉、壓、彎、扭、剪切及復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)和溫度及CO2、H2S、Cl－等腐蝕介質(zhì)的共同作用下，油氣井管柱極易發(fā)生失效。例如:我國(guó)西部深井超深井套管失效導(dǎo)致報(bào)廢直接經(jīng)濟(jì)損失上億元;川渝地區(qū)高含H2S氣井套管泄漏，除造成巨大經(jīng)濟(jì)損失外，還會(huì)引發(fā)大規(guī)模人員疏散、傷亡及重大自然環(huán)境災(zāi)害;西部高溫高壓氣井油管泄漏會(huì)導(dǎo)致井筒完整性破壞，造成嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失和安全風(fēng)險(xiǎn)。我國(guó)現(xiàn)有油氣井約40萬(wàn)口，每年新鉆油氣井約3萬(wàn)口，套管損壞井已超過(guò)3萬(wàn)口，并且每年大約以10％的速度增加，造成的經(jīng)濟(jì)損失達(dá)數(shù)十億元。

以油氣輸送管道為例，我國(guó)陸上油氣長(zhǎng)輸管道總里程約12萬(wàn)千米，原油管道2.3萬(wàn)千米，成品油管道2.1萬(wàn)千米，天然氣管道7.6萬(wàn)千米。覆蓋31個(gè)省區(qū)、市和特別行政區(qū)，其中60％以上運(yùn)行已超過(guò)20年，管道爆炸著火、斷裂、泄漏事故時(shí)有發(fā)生，年均千公里事故率明顯高于美國(guó)和歐洲。2013年11月22日發(fā)生的黃島輸油管道泄漏爆炸事故，造成62人死亡、136人受傷，直接經(jīng)濟(jì)損失7億元。2014年全國(guó)排查出油氣管道安全隱患29 436處。油氣田內(nèi)部的集輸管道，由于復(fù)雜的工況條件，失效頻繁發(fā)生，我國(guó)西部某油氣田每年發(fā)生管道泄漏、斷裂、腐蝕穿孔事故超過(guò)1 000起。近年來(lái)，我國(guó)高壓大口徑長(zhǎng)距離輸送管道建設(shè)速度持續(xù)提升，預(yù)計(jì)到2020年我國(guó)油氣長(zhǎng)輸管道總里程將達(dá)到15萬(wàn)千米左右，高鋼級(jí)管線鋼和鋼管的大規(guī)模應(yīng)用，安全風(fēng)險(xiǎn)不容樂(lè)觀，對(duì)油氣儲(chǔ)運(yùn)的安全生產(chǎn)帶來(lái)嚴(yán)重挑戰(zhàn)。

再以煉化管道和容器為例，目前全國(guó)各類化工園區(qū)，包括化工聚集區(qū)大概有1 200多家，煉油設(shè)備的腐蝕損失占其產(chǎn)值的6％～7％，因腐蝕進(jìn)行的大檢修占70％，煉1噸原油腐蝕控制投入近1美元。煉化管道和容器失效事故時(shí)有發(fā)生，造成了嚴(yán)重的后果。我國(guó)原油加工能力約7億噸/年，其中75％以上原油是含硫或高硫原油，其中30％是超高含硫原油。劣質(zhì)原油和設(shè)備老化都給煉化裝置的安全生產(chǎn)提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

石油天然氣工業(yè)中的安全事故絕大多數(shù)與石油管材及裝備材料的服役性能和結(jié)構(gòu)原因有關(guān)。隨著國(guó)家“一帶一路”戰(zhàn)略和國(guó)家“十三五”規(guī)劃的逐步展開(kāi)實(shí)施，與周邊各國(guó)和區(qū)域的合作不斷深化，國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，油氣需求持續(xù)增加，保障國(guó)家油氣供給安全的難度越來(lái)越大。天然氣管道高壓大輸量輸送，低溫凍土帶、地震斷裂帶等苛刻地質(zhì)條件，非常規(guī)油氣資源低成本開(kāi)發(fā)，超深高溫高壓油氣資源開(kāi)采，極端苛刻腐蝕環(huán)境等嚴(yán)酷的服役條件對(duì)石油管材及裝備的服役性能和安全可靠性提出了更高的要求。加強(qiáng)石油管材及裝備材料服役行為與結(jié)構(gòu)安全研究十分必要，也十分重要。

2　我國(guó)石油管材及裝備材料服役行為與結(jié)構(gòu)安全研究的重要進(jìn)展

我國(guó)石油管材及裝備材料服役行為與結(jié)構(gòu)安全的發(fā)展起始于石油管材及裝備的失效分析，最典型的案例是上世紀(jì)60年代四川威遠(yuǎn)－成都輸氣管線的失效分析［5］。上世紀(jì)70年代后期至80年代，隨著國(guó)際上含缺陷結(jié)構(gòu)完整性評(píng)價(jià)技術(shù)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)失效分析和缺陷評(píng)價(jià)逐步發(fā)展起來(lái)［6］。上世紀(jì)90年代以來(lái)，失效分析及預(yù)測(cè)預(yù)防技術(shù)和含缺陷結(jié)構(gòu)的適用性評(píng)價(jià)技術(shù)在石油天然氣行業(yè)逐步開(kāi)展起來(lái)，并得到了較大發(fā)展［7，8］。到目前為止，軟硬件平臺(tái)及核心技術(shù)體系已基本形成。主要技術(shù)進(jìn)展［9－11］表現(xiàn)為:

1)建立了50 000 J大擺錘動(dòng)態(tài)斷裂試驗(yàn)系統(tǒng)、內(nèi)壓爆破和疲勞試驗(yàn)系統(tǒng)、內(nèi)壓+彎曲復(fù)合載荷大變形試驗(yàn)系統(tǒng)，建成全尺寸氣體爆破試驗(yàn)場(chǎng)，形成油氣輸送管道斷裂和變形控制試驗(yàn)平臺(tái)，攻克高鋼級(jí)大口徑管道變形控制技術(shù)，提出了確定鋼管應(yīng)變能力的方法，研發(fā)了適用于富氣組分的天然氣減壓波分析和高壓輸氣管道止裂預(yù)測(cè)軟件，開(kāi)展了X80管道實(shí)物氣體爆破試驗(yàn)，研究形成X80高壓輸氣管道斷裂控制及止裂韌性確定技術(shù)，研究提出了西氣東輸二線安全運(yùn)行參數(shù)控制要求和管材止裂韌性要求，推動(dòng)了X70/X80管線鋼和鋼管的國(guó)產(chǎn)化。為成功建設(shè)西氣東輸管線、西氣東輸二線、中亞和中緬管線提供了技術(shù)支撐。

2)研究形成油氣管道變形和裂紋檢測(cè)裝置，建立了含體積型、裂紋型、幾何型、彌散損傷型、機(jī)械損傷型缺陷油氣管道安全評(píng)價(jià)和壽命預(yù)測(cè)方法，開(kāi)發(fā)了工程適用的管道適用性評(píng)價(jià)軟件。針對(duì)12種風(fēng)險(xiǎn)因素，建立了天然氣管道失效概率計(jì)算模型和失效后果的估算模型，研究制定了我國(guó)天然氣管道的風(fēng)險(xiǎn)可接受推薦準(zhǔn)則。研究建立了X80管材的失效評(píng)估曲線，提出了基于應(yīng)變的管道失效評(píng)估準(zhǔn)則和基于可靠性的失效評(píng)估準(zhǔn)則。優(yōu)化管道設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)技術(shù)，將一類地區(qū)管道設(shè)計(jì)系數(shù)提高到0.8?；拘纬捎蜌夤艿劳暾约夹g(shù)和管理體系。研究成果在20多條在役管道和西氣東輸、西氣東輸二線等重大工程中得到應(yīng)用。

3)建立了國(guó)際先進(jìn)水平的2 500 t油井管復(fù)合載荷試驗(yàn)系統(tǒng)、軸向+外壓復(fù)合載荷擠毀試驗(yàn)系統(tǒng)、鉆柱構(gòu)件旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)系統(tǒng)、實(shí)體膨脹管全尺寸實(shí)物評(píng)價(jià)系統(tǒng)等油氣井管柱完整性評(píng)價(jià)試驗(yàn)平臺(tái)，初步建立非API油井管標(biāo)準(zhǔn)體系，發(fā)展了油氣井管柱完整性和適用性評(píng)價(jià)技術(shù)。研究形成基于應(yīng)變的套管柱設(shè)計(jì)方法、管材選用和適用性評(píng)價(jià)技術(shù)。研究確定了三超氣井套管柱失效模式與失效概率計(jì)算方法。研究建立了“三超”氣井套管密封可靠性設(shè)計(jì)的極限狀態(tài)方程、計(jì)算程序及判據(jù)，系統(tǒng)研究揭示了套管螺紋結(jié)構(gòu)尺寸、材料性能、工作應(yīng)力等對(duì)螺紋密封抗力的影響規(guī)律。提出油氣井管柱完整性管理流程，形成《油氣井管柱完整性管理》等石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。在塔里木、新疆油氣田得到應(yīng)用。

4)形成功能強(qiáng)大的油套管實(shí)物拉伸+腐蝕試驗(yàn)系統(tǒng)、管材多相流腐蝕試驗(yàn)系統(tǒng)等石油管腐蝕模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，系統(tǒng)研究獲得了“三超”氣井油管腐蝕失效特征及影響因素，揭示了失效規(guī)律及機(jī)理。研究建立了基于氣井全壽命周期的油管選材與評(píng)價(jià)方法，形成了一套基于井筒全壽命周期完整性的腐蝕選材評(píng)價(jià)技術(shù)。自主研發(fā)出多體系超級(jí)13Cr酸化緩蝕劑。研究揭示了油氣田集輸管線的失效機(jī)理和原因，初步建立了非金屬和復(fù)合管材標(biāo)準(zhǔn)體系，形成集輸管線選材及評(píng)價(jià)技術(shù)。研究成果為塔里木等油氣田安全生產(chǎn)提供了重要技術(shù)支撐。

與此同時(shí)，國(guó)內(nèi)在石油管材及裝備材料服役行為與結(jié)構(gòu)安全人才隊(duì)伍建設(shè)、國(guó)內(nèi)外合作研究、學(xué)術(shù)技術(shù)交流等方面也取得了多項(xiàng)重要進(jìn)展。為進(jìn)一步發(fā)展石油管材及裝備材料服役安全理論和技術(shù)奠定了良好的基礎(chǔ)。

3　石油管材及裝備材料服役行為與結(jié)構(gòu)安全面臨的形勢(shì)和發(fā)展目標(biāo)

石油管材及裝備是石油天然氣勘探開(kāi)發(fā)、油氣儲(chǔ)運(yùn)和煉油化工的重要支撐。隨著國(guó)內(nèi)外能源需求的持續(xù)攀升，油氣資源開(kāi)發(fā)環(huán)境日趨惡劣，復(fù)雜深層、海洋、極地等各種非常規(guī)油氣資源動(dòng)用率日益提高，對(duì)石油管材及裝備的服役性能和安全保障提出了更高的要求。為此，石油管材及裝備材料服役安全學(xué)科的發(fā)展，要求關(guān)聯(lián)學(xué)科并行發(fā)展的同時(shí)，更加注重多學(xué)科的交叉融合、耦合交互，以高性能化、高安全可靠性、長(zhǎng)壽命和低成本為導(dǎo)向，突破重大基礎(chǔ)理論和關(guān)鍵技術(shù)，為石油天然氣高效勘探開(kāi)發(fā)、油氣儲(chǔ)運(yùn)和煉油化工的順利進(jìn)行和安全運(yùn)行提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐與保障。

隨著我國(guó)“一帶一路”戰(zhàn)略的實(shí)施，能源開(kāi)發(fā)與合作成為重要內(nèi)容，這為石油管材及裝備材料服役安全學(xué)科發(fā)展提供了空前的發(fā)展機(jī)遇;而面對(duì)國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)下行、國(guó)際油價(jià)持續(xù)低迷、油氣需求不旺等新常態(tài)，石油管材及裝備材料服役安全學(xué)科也面臨著諸多新的挑戰(zhàn)，同時(shí)也肩負(fù)著更加重大的責(zé)任。“石油管材及裝備材料服役行為與結(jié)構(gòu)安全國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”的啟動(dòng)建設(shè)和運(yùn)行，為發(fā)展石油管材及裝備材料服役安全學(xué)科提供了重要平臺(tái)，重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室將圍繞學(xué)科發(fā)展前沿和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)，聚集和培養(yǎng)科技人才，研究解決石油管材及裝備材料服役行為與結(jié)構(gòu)安全領(lǐng)域重大科學(xué)問(wèn)題和行業(yè)關(guān)鍵技術(shù)、共性技術(shù)，實(shí)現(xiàn)高水平、原創(chuàng)性科技成果的突破，提升實(shí)驗(yàn)室在國(guó)內(nèi)外的學(xué)術(shù)地位，增強(qiáng)科技創(chuàng)新能力與競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力，為科技進(jìn)步與經(jīng)濟(jì)社會(huì)持續(xù)發(fā)展提供知識(shí)、人才儲(chǔ)備和技術(shù)支撐。

實(shí)驗(yàn)室將在已有工作的基礎(chǔ)上，逐步發(fā)展完善“石油管工程”新學(xué)科，建立石油管材及裝備材料服役行為與結(jié)構(gòu)安全理論和技術(shù)體系。針對(duì)油井管與管柱失效預(yù)防、輸送管與管線安全評(píng)價(jià)、腐蝕與防護(hù)、先進(jìn)材料及應(yīng)用技術(shù)四大研究方向努力攻關(guān)，發(fā)展高鋼級(jí)管道服役安全與失效控制理論，建立適合我國(guó)國(guó)情的高鋼級(jí)大口徑油氣輸送管材技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)體系;形成復(fù)雜工況油氣井管柱失效控制及完整性技術(shù)，為重點(diǎn)油氣田勘探開(kāi)發(fā)提供技術(shù)支撐;形成“三超”及嚴(yán)酷腐蝕環(huán)境管材腐蝕機(jī)理及綜合防治技術(shù)、煉化管道及設(shè)備腐蝕機(jī)理與評(píng)價(jià)技術(shù);解決先進(jìn)石油管材及裝備材料應(yīng)用技術(shù)難題，建立新型管材及裝備材料測(cè)試與評(píng)價(jià)核心技術(shù)體系。

通過(guò)大力推進(jìn)原始創(chuàng)新，力爭(zhēng)5到10年內(nèi)整體技術(shù)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，將實(shí)驗(yàn)室建成石油管材及裝備材料服役安全科學(xué)研究基地、高端人才培養(yǎng)基地、國(guó)際合作與學(xué)術(shù)交流基地、石油工程材料服役安全技術(shù)支持中心。

同時(shí)，要進(jìn)一步加強(qiáng)石油管材及裝備材料服役行為與結(jié)構(gòu)安全國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室軟硬件條件平臺(tái)建設(shè)，在發(fā)揮好實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有標(biāo)志性設(shè)備作用的同時(shí)，逐步配套完善現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)研究平臺(tái)設(shè)備，提升實(shí)驗(yàn)室的研究能力;進(jìn)一步加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室人才隊(duì)伍建設(shè)，吸引和聚集本領(lǐng)域國(guó)內(nèi)外人才，造就一支專業(yè)結(jié)構(gòu)合理、老中青結(jié)合的高水平創(chuàng)新團(tuán)隊(duì);進(jìn)一步加強(qiáng)開(kāi)放交流與產(chǎn)學(xué)研合作，加強(qiáng)國(guó)際學(xué)術(shù)技術(shù)交流和合作研究，促進(jìn)實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用基礎(chǔ)研究與技術(shù)應(yīng)用的有機(jī)融合，進(jìn)一步提升實(shí)驗(yàn)室的影響力。

4　石油管材及裝備材料服役行為與結(jié)構(gòu)安全的研究領(lǐng)域和方向

“石油管材及裝備材料服役行為與結(jié)構(gòu)安全”研究，是從石油管材及裝備的服役條件出發(fā)，重點(diǎn)在石油管材及裝備的力學(xué)行為、環(huán)境行為、先進(jìn)材料及其成分/結(jié)構(gòu)－合成/加工－性質(zhì)與服役性能的關(guān)系、石油管材及裝備失效控制與預(yù)測(cè)預(yù)防等領(lǐng)域開(kāi)展研究，揭示石油管材及裝備失效的機(jī)理和規(guī)律，提出失效控制方法，發(fā)展全壽命周期的安全可靠性和完整性技術(shù)，確保石油管材及裝備的長(zhǎng)期服役安全。具體研究方向和內(nèi)容包括:

1)輸送管與管線安全評(píng)價(jià)技術(shù)研究，主要針對(duì)我國(guó)大口徑、長(zhǎng)距離、高壓力、高鋼級(jí)管道和儲(chǔ)運(yùn)設(shè)施建設(shè)和長(zhǎng)期安全運(yùn)行需求，重點(diǎn)研究高鋼級(jí)管材關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)及表征評(píng)價(jià)方法、高壓大口徑天然氣管道斷裂控制技術(shù)、高強(qiáng)度管道變形控制技術(shù)、油氣管道失效機(jī)理與失效控制理論、油氣管道安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)、油氣儲(chǔ)運(yùn)設(shè)施完整性技術(shù)，建立油氣輸送管道失效控制理論，形成完整性技術(shù)體系。

2)油井管與管柱失效預(yù)防技術(shù)研究，主要圍繞特殊結(jié)構(gòu)和特殊工藝井，超深、超高溫、超高壓、超長(zhǎng)水平井及高壓大排量分段壓裂改造對(duì)油氣井管柱服役性能、安全可靠性、質(zhì)量和壽命提出的新的更高的要求，重點(diǎn)研究油井管的失效機(jī)理和規(guī)律、失效預(yù)測(cè)預(yù)防技術(shù)、管柱優(yōu)化設(shè)計(jì)及適用性評(píng)價(jià)技術(shù)、油氣井管柱結(jié)構(gòu)完整性和密封完整性、高性能油井管關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)及表征評(píng)價(jià)方法，建立油氣井管柱失效控制理論，形成完整性技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)體系。

3)石油管材及裝備腐蝕與防護(hù)技術(shù)研究，主要針對(duì)高溫、高壓、嚴(yán)酷腐蝕介質(zhì)油氣田石油管材及裝備存在的嚴(yán)重腐蝕問(wèn)題，重點(diǎn)研究三超及嚴(yán)酷腐蝕環(huán)境油套管腐蝕機(jī)理及防治技術(shù)、高酸性氣田管材腐蝕機(jī)理及采集系統(tǒng)腐蝕綜合防治技術(shù)、煉化管道及容器腐蝕行為與評(píng)價(jià)方法、石油管材及裝備腐蝕檢測(cè)、監(jiān)測(cè)、預(yù)測(cè)和預(yù)防技術(shù)，揭示失效機(jī)理和規(guī)律，提出有效預(yù)防措施，確保管材及裝備安全。

4)先進(jìn)材料及應(yīng)用技術(shù)研究，主要針對(duì)復(fù)雜工況和特殊服役環(huán)境用石油管材及裝備，重點(diǎn)研究高性能管線鋼管成分/組織/性能/工藝相關(guān)性，高強(qiáng)高韌、高抗擠、高抗扭、耐腐蝕、長(zhǎng)壽命油井管成分/組織/性能/工藝相關(guān)性，高性能非金屬管材、復(fù)合管材成分/組織/性能/工藝相關(guān)性，新型石油裝備材料及成分/組織/性能/工藝相關(guān)性，發(fā)展先進(jìn)和特殊專用材料應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)，保障其服役安全。

總之，要通過(guò)大力推進(jìn)原始創(chuàng)新，形成比較完善的油氣輸送管道失效控制技術(shù)、高性能管線鋼和鋼管應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)、油氣管道完整性技術(shù)、新型鉆柱構(gòu)件材料及安全可靠性技術(shù)、非API油套管應(yīng)用及管柱完整性技術(shù)、“三超”氣井油套管柱腐蝕防護(hù)技術(shù)、油氣田地面管道失效控制及預(yù)防技術(shù)、新型石油裝備材料應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)，形成一批國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、發(fā)明專利、系列高新技術(shù)和產(chǎn)品、高水平學(xué)術(shù)論文和專著等載體化有形化成果，并加大成果轉(zhuǎn)化推廣力度，創(chuàng)造良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

5　結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)多年努力，我國(guó)石油管材及裝備材料服役行為與結(jié)構(gòu)安全研究已經(jīng)取得了若干重要進(jìn)展，基本形成石油管材及裝備材料服役行為與結(jié)構(gòu)安全軟硬件平臺(tái)及核心技術(shù)體系，在高壓輸氣管道斷裂與變形控制、在役管道安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)、油氣井管柱完整性和適用性評(píng)價(jià)、石油管材及設(shè)備腐蝕與防護(hù)、高性能管材應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)等方面取得了重要突破。鑒于石油管材及裝備在石油天然氣工業(yè)中的重要地位和作用，以及石油管材及裝備材料服役行為對(duì)結(jié)構(gòu)安全的重要影響，面對(duì)我國(guó)油氣工業(yè)面臨的嚴(yán)峻形勢(shì)和對(duì)安全生產(chǎn)提出的新挑戰(zhàn)，擬進(jìn)一步加強(qiáng)“石油管材及裝備材料服役行為與結(jié)構(gòu)安全國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”建設(shè)，圍繞油井管與管柱失效預(yù)防、輸送管與管線安全評(píng)價(jià)、腐蝕與防護(hù)、先進(jìn)材料及應(yīng)用技術(shù)四大研究方向努力攻關(guān)，建立石油管材及裝備材料服役行為與結(jié)構(gòu)安全理論和技術(shù)體系，突破相關(guān)核心技術(shù)，有力支撐石油天然氣工業(yè)發(fā)展。

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Research Progress and Prospect of Performance and Structural Safety for Petroleum Tubular Goods and Equipment Materials

FENG Yaorong，MA Qiurong，ZHANG Guanjun
(State Key Laboratory of Performance and Structural Safety for Petroleum Tubular Goods and Equipment Materials，CNPC Tubular Goods Research Institute，Xi'an，Shaanxi 710077，China)

Abstract:This paper discusses the significance of strengthening the performance and structural safety research for petroleum tubular goods and equipment materials.The major progress，facing situation and tasks，development objectives，research fields and directions has been stated.After more than 30 years of efforts，the performance and structural safety for petroleum tubular goods and equipment materials hardware/software platform and key technology system has been basically formed.It has made important breakthroughs in high pressure gas pipeline fracture and deformation control，pipeline safety and risk assessment，oil and gas well tubular string integrity and fitness-for-service evaluation，corrosion and protection of petroleum tubular goods and equipment，key technologies of application of high performance tubular goods etc.in China.Faced the severe situation of oil and gas industrial and the new challenges on safety of equipment and materials，intends further strengthening“State Key Laboratory of Performance and Structural Safety for Petroleum Tubular Goods and Equipment Materials”construction，around oil county tubular goods and tubular string failure prevention，line pipe and pipeline safety evaluation，corrosion and protection，and advanced material application technology four research directions efforts research，establishing the theory and technology system of performance and structural safety for petroleum tubular goods and equipment materials，strive to overall technology reaches international advanced level within 5-10 years，the laboratory will be built the service safety research base for petroleum tubular goods and equipment materials，advanced training base，international cooperation and academic exchange base，service safety technical support center for petroleum engineering materials，to support the development of petroleum and natural gas industries.

Key words:petroleum tubular goods; petroleum equipment materials; performance behavior; structural safety; research directions

第一作者簡(jiǎn)介:馮耀榮，男，1960年生，教授級(jí)高工，1982年畢業(yè)于西安交通大學(xué)金屬材料及熱處理專業(yè)，現(xiàn)在中國(guó)石油集團(tuán)石油管工程技術(shù)研究院從事石油管材與裝備的應(yīng)用基礎(chǔ)研究和重大工程技術(shù)支持工作。E-mail: fengyr@ cnpc.com.cn

基金項(xiàng)目:中國(guó)石油集團(tuán)應(yīng)用基礎(chǔ)項(xiàng)目“復(fù)雜工況氣井油套管柱失效控制與完整性技術(shù)研究(2014A－4214)”

中圖法分類號(hào):TE973

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

文章編號(hào):2096－0077(2016)01－0001－05