文／宋雅聰

●哪里有需求，馮春就到哪里去。 供圖/宋雅聰

他，響應(yīng)投身西部、在國民經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場一線基層建功立業(yè)精神號召，主動放棄留京就業(yè)機(jī)會，選擇到中國石油集團(tuán)石油管工程技術(shù)研究院（以下簡稱管研院）從事油氣井管材失效分析與結(jié)構(gòu)材料應(yīng)用研究科研工作。

他，無論荒漠腹地還是戈壁灘涂，哪里有油氣勘探生產(chǎn)管材與裝備技術(shù)需求，就把足跡留在哪里，以“為中國能源事業(yè)發(fā)展奮斗終生”為理想信念，把論文寫在祖國大地上，踐行科研工作者的初心使命。

他，是管研院油井管與管柱研究所副所長馮春，第二十九屆孫越崎能源科學(xué)技術(shù)獎青年科技獎獲得者。

常駐油氣田現(xiàn)場

2010 年，馮春從清華大學(xué)材料科學(xué)與工程專業(yè)畢業(yè)，獲得工學(xué)博士學(xué)位。進(jìn)入工作崗位后，他主動要求到我國西氣東輸、深層油氣開發(fā)等國家重大工程基層一線開展科研工作。

油氣勘探開發(fā)井分布地域遼闊，而且多遠(yuǎn)離城市，自然條件惡劣，工作環(huán)境艱苦。但工作十年來，馮春以科研攻關(guān)奉獻(xiàn)愛國之心的赤誠從未改變?！暗阶鎳钚枰牡胤饺?，到科研一線去，勇攀科技高峰”，是他的座右銘。

“實際工作中，我們就是石油管材醫(yī)生，要去油氣田現(xiàn)場坐診，收集數(shù)據(jù)、采集證據(jù)。取回樣品后，盡快地利用先進(jìn)儀器設(shè)備開展分析研究工作?！瘪T春說。

在高壓油氣井鉆采現(xiàn)場，他和石油工人同吃同住，采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)。針對國家西氣東輸、深層油氣開發(fā)等重大工程建設(shè)中，塔里木、西南、長慶、新疆等重點油氣田油井管斷裂、泄漏等失效事故多發(fā)問題，他作為石油管材服役行為及失效預(yù)防團(tuán)隊主要研究人員，做了大量現(xiàn)場調(diào)查研究及失效分析工作。

失效分析的現(xiàn)場調(diào)查與實驗室分析工作，可以用爭分奪秒、異常復(fù)雜、要求極高來形容。腿累、腦累不說，很多場合由于油田和生產(chǎn)廠工程進(jìn)度要求心切或者看問題角度不同，失效分析科研人員的工作往往不被理解。

“我們需要承擔(dān)向油氣田管理者、現(xiàn)場施工操作人員、物資管理部門、生產(chǎn)廠等各方進(jìn)行大量的分析解釋工作，因此嘴也累。唯一不累的就是心了，因為心中有奮斗的理想、有勇攀科技高峰的信念?！瘪T春說。

致力管材失效分析

油氣井管材是油氣鉆采最重要的基礎(chǔ)設(shè)施，承擔(dān)著形成井通道、支撐井壁及油氣輸送等重要作用。其服役性能直接決定了油氣資源的可鉆采能力以及油氣井的安全和壽命。

20 世紀(jì)90 年代以前，我國油氣井管材國產(chǎn)化率不足5%，長期依賴進(jìn)口。在以李鶴林院士等為代表的一代管研院人的艱苦卓絕努力下，至2012 年，我國石油工業(yè)基本全面實現(xiàn)了API 管材的全面國產(chǎn)化。

油氣田鉆采工況中，管柱服役條件苛刻，服役環(huán)境復(fù)雜，管材失效往往無前兆，而一旦發(fā)生失效，油氣井開發(fā)作業(yè)將受到極大影響。API 管材國產(chǎn)化初期，受現(xiàn)場使用技術(shù)、管材質(zhì)量控制等技術(shù)發(fā)展水平限制，油氣田現(xiàn)場出現(xiàn)了較多的管柱失效問題。

“油氣井管材失效對于油氣井生產(chǎn)影響巨大，輕則生產(chǎn)停滯，嚴(yán)重的井毀人亡、環(huán)境污染。特別是高壓氣井投資數(shù)億元，一旦管材失效，可能導(dǎo)致數(shù)億元投資損失?！瘪T春說。

可以說，越早查明管材失效事故原因，對于油氣鉆采生產(chǎn)安全就越主動。但是，受油氣井管材服役的復(fù)雜環(huán)境和多因素耦合影響，失效分析涉及力學(xué)、材料學(xué)、石油工程等多學(xué)科，分析過程難度極大。就像是醫(yī)生看病，既需要“把脈”還需要做各種檢測，最后綜合診斷，獲得結(jié)論、對癥下藥。

馮春勇于擔(dān)當(dāng)重任。在管研院老一輩專家研究工作的基礎(chǔ)上，更深層次地查明了復(fù)雜工況管材服役行為與失效機(jī)理，進(jìn)一步完善了典型油氣井管材選材評價方法及失效預(yù)防技術(shù)體系，顯著降低了油井管材失效概率，創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益數(shù)十億元，為西氣東輸、深層油氣開發(fā)等國家重大工程項目的建設(shè)做出了貢獻(xiàn)。

他的相關(guān)工作促進(jìn)了多項國產(chǎn)化技術(shù)的進(jìn)步。例如，通過失效分析發(fā)現(xiàn)了因國產(chǎn)化管材冶金夾雜物控制和檢測指標(biāo)范圍相對過寬，造成管材在服役環(huán)境下出現(xiàn)斷裂失效?！案鶕?jù)我們的失效分析結(jié)論，油田提前研判，將所有該類型油管接頭進(jìn)行了全部替換，有效避免了大規(guī)模管柱失效帶來的數(shù)十億元重大經(jīng)濟(jì)損失，保障了油氣生產(chǎn)和勘探開發(fā)的正常開展?！瘪T春說。

同時，將管材失效研究認(rèn)識與相關(guān)成果應(yīng)用于管材生產(chǎn)實踐，提升了國產(chǎn)化產(chǎn)品的適用性，顯著推動了我國油氣井管材制造企業(yè)的技術(shù)進(jìn)步。例如，形成的塔里木山前超深氣井小井眼鉆具評價方法、13Cr 油管接頭密封結(jié)構(gòu)改進(jìn)建議及評價新方法，提出的臺盆區(qū)超深油井用抗硫油管冶金質(zhì)量提升建議、氣密封油套管上扣扭矩質(zhì)量控制新方法、修復(fù)油管檢測新方法等多項失效預(yù)防新方法新技術(shù)，為所在研究團(tuán)隊在復(fù)雜工況油套管失效控制技術(shù)及工程應(yīng)用項目整體取得數(shù)十億元經(jīng)濟(jì)效益做出了貢獻(xiàn)。

此外，他提出的非均質(zhì)氣藏油管密封及適用性評價新方法、火驅(qū)井點火工藝優(yōu)化及內(nèi)襯高溫合金套管等套損防治新方法、注水井用油管失效預(yù)防措施等，在西南、遼河、新疆等油氣田應(yīng)用，每年為油田創(chuàng)造效益數(shù)億元以上。

立志高端材料研發(fā)

入地比上天更難。隨著我國油氣資源開發(fā)深入，面對淺層資源日益枯竭，深層及超深層油氣開發(fā)日趨增多的趨勢，開發(fā)具有輕量化、高耐蝕等性能的油氣井管材，對于提升我國油氣勘探開發(fā)能力具有極其重要的意義。

但是，深井超深井所用的具有輕量化、耐腐蝕等性能的鋁/鈦合金高端非API 管材，相關(guān)技術(shù)基本被美國、俄羅斯等國家壟斷，產(chǎn)品價格高昂并嚴(yán)格限制出口。

“中國人不可能掌握鋁合金鉆桿技術(shù)?！薄耙援?dāng)前的技術(shù)水平，生產(chǎn)高端鋁/鈦合金鉆桿是我們下一代人的事?！薄?/p>

聽著國內(nèi)外同行這樣的評價，“我當(dāng)時憋了一股子勁，暗下決心一定要搞出我們自己的極端環(huán)境下使用的鋁/鈦合金等高端管材，為我國石油鉆井的高效安全以及石油工業(yè)向深層發(fā)展提供技術(shù)儲備和支撐?！瘪T春說。

深感重任在肩的他，針對國家陸上及海洋大型油氣田建設(shè)工程中，超深井鉆井效率低、鉆機(jī)負(fù)荷高等問題，通過夜以繼日的努力，提出了鋁合金、鋁/鈦合金鉆桿系統(tǒng)的設(shè)計、選材、評價及使用理論體系。

他負(fù)責(zé)研制的鋁/鈦合金鉆桿在塔里木油田、西北油田等重點油氣田實現(xiàn)了成功下井應(yīng)用，顯著提高了超深井鉆井效率30%以上，降低鉆機(jī)負(fù)載30%以上，提高鉆井能力30%以上。相關(guān)技術(shù)打破了國外的長期技術(shù)壟斷，為解決我國超深井高效安全鉆井問題提供了重要的技術(shù)儲備和技術(shù)支撐。國家科技部將鈦合金鉆桿下井應(yīng)用作為油氣開發(fā)典型成果，與核電、北斗衛(wèi)星等成果一起，在科技部重大專項首頁上作為“十三五”重大成果進(jìn)行專題報道。

針對我國大量石油注水井管材防腐需求，他采用石墨烯先進(jìn)材料改性工藝，在高性能環(huán)氧/酚醛/聚氨酯等基料中，將單層或多層石墨烯納米材料有機(jī)分散或接枝改性，獲得了致密、均勻的涂層結(jié)構(gòu)。通過大量實驗室試驗，在不增加現(xiàn)有涂層價格條件下，顯著提高現(xiàn)有涂層油管的抗高溫老化、耐磨損、耐Cl-及酸性油氣環(huán)境損傷等性能，制定了國內(nèi)首個石油管材石墨烯涂層選材設(shè)計團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)。在長慶、遼河等重點油氣田實現(xiàn)了現(xiàn)場應(yīng)用，推動了石墨烯先進(jìn)材料在油氣領(lǐng)域的應(yīng)用。

創(chuàng)新永遠(yuǎn)在路上

針對油氣生產(chǎn)的現(xiàn)場技術(shù)需求，依托承擔(dān)的30 余項國家科技重大專項、中國石油集團(tuán)及重點油氣田等科研項目，馮春科研成果豐碩。累計發(fā)表論文50 余篇，授權(quán)發(fā)明專利20 余項，制修訂國家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)8 項，獲省部級科技獎勵10項、局級獎11 項。

雖然已經(jīng)取得了累累科研碩果，但馮春深知石油管材材料的科技創(chuàng)新引領(lǐng)了石油工業(yè)的變革，科技創(chuàng)新永遠(yuǎn)在路上。

●馮春收獲了豐碩的科研成果。 供圖/宋雅聰

1859 年，美國人將第一根鐵管代替竹木材料打入地層用于封堵地層水，標(biāo)志著現(xiàn)代石油工業(yè)的誕生。石油工業(yè)的勘探開發(fā)能力隨著材料結(jié)構(gòu)強度的提升而不斷增加。油氣井管柱材質(zhì)從最初的生/熟鐵到碳鋼、高強度鋼、不銹鋼、（鐵）鎳基合金材料、鋁合金、鈦合金等，井筒管柱深度極限從最初采用鐵質(zhì)材料的幾百米到當(dāng)前采用鋁合金材料的12262米。管柱材料與結(jié)構(gòu)科技創(chuàng)新顯著提升了人類的鉆井能力。

“以高性能結(jié)構(gòu)材料技術(shù)、石墨烯納米材料技術(shù)、3D 打印技術(shù)、人工智能技術(shù)、5G、大數(shù)據(jù)等為代表的新一代技術(shù)，與油氣井管柱技術(shù)的深度融合，必將顯著提升人類對于地球深部油氣資源的勘探開發(fā)能力?！瘪T春說，“我將繼續(xù)努力，勇攀科技高峰，在落實科技創(chuàng)新引領(lǐng)高質(zhì)量發(fā)展戰(zhàn)略中當(dāng)好踐行者和推動者，為服務(wù)國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)、促進(jìn)國家能源科技進(jìn)步奮斗終身！”