石油管及裝備材料科技工作的進(jìn)展與展望*

劉亞旭，李鶴林，杜 偉，陳娟利，沈 沉

(中國(guó)石油集團(tuán)石油管工程技術(shù)研究院 陜西 西安 710077)

0 引言

材料是制造業(yè)的基礎(chǔ)和關(guān)鍵，材料創(chuàng)新發(fā)展是實(shí)現(xiàn)制造業(yè)強(qiáng)國(guó)的必要條件。工業(yè)強(qiáng)基工程(簡(jiǎn)稱“四基”)，包括核心基礎(chǔ)零部件(元器件)、先進(jìn)基礎(chǔ)工藝、關(guān)鍵基礎(chǔ)材料和產(chǎn)業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)，是我國(guó)制造業(yè)的薄弱環(huán)節(jié)。國(guó)家制造強(qiáng)國(guó)建設(shè)戰(zhàn)略咨詢委員會(huì)明確指出，我國(guó)從實(shí)現(xiàn)工業(yè)大國(guó)向工業(yè)強(qiáng)國(guó)的轉(zhuǎn)變，亟需加快推進(jìn)工業(yè)強(qiáng)基，進(jìn)而提升我國(guó)工業(yè)整體水平，建設(shè)制造強(qiáng)國(guó)[1]。其中，關(guān)鍵基礎(chǔ)材料作為各個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的最上游環(huán)節(jié)，被譽(yù)為制造業(yè)“底盤”，是支撐現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)體系不可或缺的物質(zhì)保障和基礎(chǔ)設(shè)施[2]；產(chǎn)業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)以標(biāo)準(zhǔn)、計(jì)量、檢驗(yàn)檢測(cè)、認(rèn)證認(rèn)可等為核心要素，貫穿于核心基礎(chǔ)零部件(元器件)、關(guān)鍵基礎(chǔ)材料和先進(jìn)基礎(chǔ)工藝發(fā)展的全過程，是關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)和支撐。因此，加快推進(jìn)材料標(biāo)準(zhǔn)、認(rèn)證認(rèn)可、新產(chǎn)品開發(fā)、檢測(cè)評(píng)價(jià)與產(chǎn)業(yè)化發(fā)展意義重大。

石油裝備，包括石油管，作為油氣勘探、開發(fā)、儲(chǔ)運(yùn)和煉化不可或缺的工具利器，是石油工業(yè)重要的物質(zhì)保障[3-4]，發(fā)展石油管及裝備材料是制造強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略的重要內(nèi)容。十九屆五中全會(huì)強(qiáng)調(diào)，堅(jiān)持創(chuàng)新在我國(guó)現(xiàn)代化建設(shè)全局中的核心地位，把科技自立自強(qiáng)作為國(guó)家發(fā)展的戰(zhàn)略支撐。為貫徹落實(shí)十九屆五中全會(huì)精神、加快推進(jìn)石油管及裝備材料科技創(chuàng)新，在總結(jié)石油管及裝備材料科技工作進(jìn)展基礎(chǔ)上，重點(diǎn)圍繞石油管及裝備解決薄弱環(huán)節(jié)、支撐驅(qū)動(dòng)石油工業(yè)提質(zhì)增效和長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展，提出相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化以及新產(chǎn)品和新技術(shù)開發(fā)、評(píng)價(jià)與工程應(yīng)用等方面的重點(diǎn)方向。

1 石油管及裝備材料科技工作取得的進(jìn)展

經(jīng)過60多年發(fā)展，我國(guó)石油管及石油裝備材料從無(wú)到有、從低端到高端，基本形成門類齊全、產(chǎn)業(yè)完整、質(zhì)量可靠的產(chǎn)品體系，其中油井管實(shí)現(xiàn)了大量出口，高鋼級(jí)輸送管的質(zhì)量和用量已經(jīng)走在了世界前列，有力支撐和保障了我國(guó)石油工業(yè)的發(fā)展壯大[5-6]。中國(guó)石油集團(tuán)石油管工程技術(shù)研究院(簡(jiǎn)稱“管研院”)作為從事石油管及裝備材料應(yīng)用基礎(chǔ)和工程應(yīng)用研究的專業(yè)機(jī)構(gòu)，對(duì)于推動(dòng)我國(guó)石油管及裝備材料技術(shù)進(jìn)步發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。

1.1 研發(fā)應(yīng)用新型鋼鐵材料，帶動(dòng)石油裝備升級(jí)換代

上世紀(jì)六、七十年代，針對(duì)我國(guó)石油裝備傻大笨粗的突出問題，李鶴林院士帶領(lǐng)科研團(tuán)隊(duì)從石油機(jī)械的服役條件出發(fā)，分析、研究了一批關(guān)鍵的有代表性產(chǎn)品的服役條件和失效判據(jù)，有針對(duì)性地研究開發(fā)了20SiMn2MoVA等10余種新型鋼鐵材料，并充分發(fā)揮現(xiàn)有材料的性能潛力，把節(jié)約鉻、鎳與提高石油機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量和壽命結(jié)合起來(lái)，取得了很好的效果，使一大批石油機(jī)械產(chǎn)品減輕了重量、延長(zhǎng)了壽命、提高了服役性能，降低了綜合成本，推動(dòng)了石油裝備升級(jí)換代[7]。

1.2 與冶金和制管企業(yè)協(xié)同攻關(guān)，實(shí)現(xiàn)油井管大規(guī)模國(guó)產(chǎn)化

20世紀(jì)90年代前，我國(guó)石油工業(yè)所用的油井管90%以上依賴進(jìn)口，且失效事故頻發(fā)。管研院團(tuán)隊(duì)從服役工況出發(fā)，通過大量的失效分析，研究構(gòu)建了油井管標(biāo)準(zhǔn)體系，建立了油井管選材評(píng)價(jià)和應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)體系；建立了能夠模擬油井管復(fù)雜力學(xué)與腐蝕環(huán)境條件的全尺寸模擬試驗(yàn)平臺(tái)及方法；協(xié)助冶金和制管企業(yè)，生產(chǎn)出了全系列更適合我國(guó)油氣開發(fā)工況的國(guó)產(chǎn)化產(chǎn)品，全面替代了進(jìn)口，并在部分產(chǎn)品和指標(biāo)方面超越了進(jìn)口產(chǎn)品。推動(dòng)實(shí)現(xiàn)油井管國(guó)產(chǎn)化率由1990年之前的10%提高至2012年的近100%，支撐了長(zhǎng)慶“三低”、塔里木“三超”、新疆“稠油”和西南“高含硫”等重點(diǎn)油氣田開發(fā)[8]。

1.3 持續(xù)推動(dòng)天然氣管道高鋼級(jí)、高壓、大輸量輸送

圍繞我國(guó)重大天然氣管道建設(shè)項(xiàng)目，積極開展超前研究，持續(xù)推動(dòng)天然氣長(zhǎng)輸管道提高輸送壓力和管線鋼強(qiáng)度級(jí)別。根據(jù)管研院的超前研究成果并面向國(guó)際管道建設(shè)技術(shù)前沿，以李鶴林院士和黃志潛教授為代表的科研團(tuán)隊(duì)2000年提出了西氣東輸管道采用X70鋼級(jí)、10MPa輸送壓力的技術(shù)方案及其科學(xué)依據(jù)，被中石油決策層采納，實(shí)現(xiàn)了西氣東輸設(shè)計(jì)年輸量120億方的目標(biāo)(實(shí)際年輸量曾達(dá)到170億方)，管道技術(shù)實(shí)現(xiàn)跨越發(fā)展，大大縮短了與國(guó)際先進(jìn)水平的差距。2006年提出西二線采用X80鋼級(jí)、12MPa輸送壓力，較原X70鋼級(jí)雙線方案節(jié)省投資130億元，實(shí)現(xiàn)年輸量300億方的同時(shí)，標(biāo)志著我國(guó)管道建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)入領(lǐng)跑者行列。2015年，中俄東線開工建設(shè)，采用了X80鋼級(jí)、1422 mm管徑、12MPa輸送壓力，設(shè)計(jì)年輸氣量達(dá)到380億方。管研院研究建立的高鋼級(jí)管道失效控制技術(shù)和適合實(shí)際工況的標(biāo)準(zhǔn)體系支持了西一線、西二線、西三線以及中俄東線等重大項(xiàng)目的建設(shè)與運(yùn)行安全。

1.4 建立和完善應(yīng)用技術(shù)支撐體系，推動(dòng)實(shí)現(xiàn)管線鋼及鋼管全面國(guó)產(chǎn)化

上世紀(jì)末，伴隨國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和對(duì)天然氣等清潔能源的需求增長(zhǎng)，我國(guó)油氣管道建設(shè)迎來(lái)了高速發(fā)展期。針對(duì)當(dāng)時(shí)管線鋼全部依賴進(jìn)口的困境，建立并完善了“失效分析-標(biāo)準(zhǔn)化-科學(xué)研究-檢測(cè)評(píng)價(jià)”的應(yīng)用技術(shù)支撐體系[9]。根據(jù)工況環(huán)境研究制定了X70、X80管線鋼及鋼管系列標(biāo)準(zhǔn)，提出了經(jīng)過嚴(yán)格質(zhì)量控制的螺旋埋弧焊管可以用于高壓大口徑天然氣管線，確立了國(guó)產(chǎn)螺旋埋弧焊管在重要大口徑高壓輸氣管道建設(shè)中的重要地位。建成世界上第三家可以完成天然氣爆破試驗(yàn)的全尺寸氣體爆破試驗(yàn)場(chǎng)，研究開發(fā)了輸送管全尺寸實(shí)物性能測(cè)試平臺(tái)及檢測(cè)評(píng)價(jià)技術(shù)，聯(lián)合冶金、制管企業(yè)協(xié)同攻關(guān)，推動(dòng)實(shí)現(xiàn)了X70、X80管線鋼及鋼管的全面國(guó)產(chǎn)化，在西一線X70鋼管50%國(guó)產(chǎn)化的基礎(chǔ)上，西二線全面實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，節(jié)約采購(gòu)資金90多億元，帶動(dòng)和引領(lǐng)了我國(guó)冶金和制管技術(shù)的快速發(fā)展。

1.5 開展失效分析和預(yù)測(cè)預(yù)防技術(shù)研究，為石油管及裝備運(yùn)行安全提供技術(shù)支撐

開展失效分析和預(yù)測(cè)預(yù)防技術(shù)研究，判明失效模式、機(jī)理和影響因素，反饋到設(shè)計(jì)、材料、工藝、使用等過程，并采取有效措施預(yù)防事故重復(fù)發(fā)生，對(duì)于提高石油管及裝備的安全可靠性意義重大。管研院先后開展了石油管及裝備失效分析1600余項(xiàng)，包括中緬管道貴州晴隆段天然氣兩次泄漏燃爆、西氣東輸二線同心段管道環(huán)焊縫滲漏、“11·22”黃島輸油管道泄漏爆炸、加拿大尼克森輸油砂管道失效、克深2-1-3井套管斷裂、西二線東段76#閥室爆管失效、土庫(kù)曼斯坦直縫埋弧焊管泄漏失效等重大失效項(xiàng)目，奠定了行業(yè)的失效分析權(quán)威地位，為保障石油工業(yè)的安全提供了技術(shù)支撐。

1.6 持續(xù)開展安全評(píng)價(jià)和完整性管理，保障油氣管道和儲(chǔ)氣庫(kù)全生命周期風(fēng)險(xiǎn)受控

上世紀(jì)九十年代，國(guó)內(nèi)率先開展油氣管道完整性技術(shù)研究和應(yīng)用，通過在剩余強(qiáng)度評(píng)價(jià)、剩余壽命預(yù)測(cè)、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、完整性評(píng)價(jià)、復(fù)合材料和套筒修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)等方面持續(xù)開展科研攻關(guān)，建立了油氣管道完整性技術(shù)和管理體系。研究成果在西氣東輸一線、二線、三線、陜京管道等所有重大管道工程和油氣田地面管道推廣應(yīng)用，顯著降低了油氣管道失效率，保障了國(guó)家能源安全。針對(duì)我國(guó)儲(chǔ)氣庫(kù)地質(zhì)條件復(fù)雜，風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)多面廣難題，“十一五”期間，率先攻關(guān)儲(chǔ)氣庫(kù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)，構(gòu)建了儲(chǔ)氣庫(kù)“地下-井筒-地面”三位一體的全生命風(fēng)險(xiǎn)管控體系，有效保障了儲(chǔ)氣庫(kù)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)受控，為天然氣保供調(diào)峰和儲(chǔ)氣庫(kù)大規(guī)模建設(shè)提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。

1.7 構(gòu)建石油管材標(biāo)準(zhǔn)體系，引領(lǐng)行業(yè)快速發(fā)展

構(gòu)建和完善石油管材標(biāo)準(zhǔn)體系，形成涵蓋團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)等各個(gè)層級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)化工作機(jī)構(gòu)，推動(dòng)和引領(lǐng)了石油管及裝備材料的技術(shù)進(jìn)步。在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化方面，自從1987年在API年會(huì)上一篇有關(guān)鉆桿的論文《鉆桿失效分析及內(nèi)加厚過渡區(qū)結(jié)構(gòu)對(duì)鉆桿使用壽命的影響》“一舉敲開API大門”后，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化工作取得長(zhǎng)足進(jìn)步。組織制修訂國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)6項(xiàng) ，新立項(xiàng)并承擔(dān)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目4項(xiàng)(其中產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)3項(xiàng))，承擔(dān)了ISO/TC67/SC2并行秘書處并擔(dān)任副主席，同時(shí)擔(dān)任ISO/TC 67 AHG 綠色制造特別工作組召集人，引領(lǐng)和推動(dòng)了管材新產(chǎn)品的研發(fā)及應(yīng)用。

綜上，石油管及裝備材料科技創(chuàng)新取得了重要進(jìn)展，陸上石油管材通過創(chuàng)新鏈與產(chǎn)業(yè)鏈的緊密融合，解決了一系列卡脖子問題，實(shí)現(xiàn)了自立自強(qiáng)，支撐和保障了我國(guó)石油工業(yè)的快速發(fā)展。隨著石油工業(yè)的持續(xù)深入，石油管及裝備的服役工況日益復(fù)雜嚴(yán)苛，對(duì)石油管及裝備材料的質(zhì)量和性能水平提出了更高的要求，而我們?cè)诤Ｑ笥蜌庋b備材料方面國(guó)產(chǎn)化程度較低，耐高溫的油田用非金屬材料也與國(guó)外有較大的差距。與此同時(shí)，在第四次工業(yè)革命背景下，世界能源技術(shù)創(chuàng)新進(jìn)入活躍期，人工智能、新能源、新材料等技術(shù)蓄勢(shì)待發(fā)，有望深刻影響石油工業(yè)發(fā)展格局。面對(duì)新形勢(shì)，亟需進(jìn)一步梳理石油管及裝備材料科技創(chuàng)新的重點(diǎn)方向和發(fā)展策略，從而形成行業(yè)共識(shí)，協(xié)同攻關(guān)、重點(diǎn)突破。

2 借鑒API成功經(jīng)驗(yàn)，建立我國(guó)石油工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和認(rèn)證體系

美國(guó)石油學(xué)會(huì)(API)成立于1919年，是一家代表美國(guó)石油和天然氣行業(yè)的非營(yíng)利性貿(mào)易協(xié)會(huì)，主要開展標(biāo)準(zhǔn)、認(rèn)證與培訓(xùn)服務(wù)。目前API已建立形成完善的石油工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和認(rèn)證體系，制訂的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)超過700項(xiàng)，獲得100多個(gè)國(guó)家認(rèn)可和使用。

上世紀(jì)80年代，我國(guó)開始廣泛使用API標(biāo)準(zhǔn)。石油工業(yè)現(xiàn)行有效的342項(xiàng)國(guó)家和1 629項(xiàng)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中，約50%依賴API標(biāo)準(zhǔn)。API以完善的標(biāo)準(zhǔn)體系為基礎(chǔ)，在全世界開展認(rèn)證，已成為石油產(chǎn)品和服務(wù)在國(guó)際市場(chǎng)的通行證，我國(guó)共有1 540多家石油裝備企業(yè)獲得了API認(rèn)證，涉及年出口額達(dá)700多億元。

目前，國(guó)內(nèi)石油管及裝備材料領(lǐng)域的權(quán)威性團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)和認(rèn)證缺失，在取得國(guó)外廣泛認(rèn)可方面存在難度。2017年修訂的《標(biāo)準(zhǔn)化法》明確了團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)的法律地位，但是目前團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)體系缺乏頂層設(shè)計(jì)、統(tǒng)一謀劃，已出臺(tái)的標(biāo)準(zhǔn)零散歸口于20多個(gè)學(xué)會(huì)和協(xié)會(huì)，存在交叉重復(fù)和無(wú)序競(jìng)爭(zhēng)，難以形成像美國(guó)API、ASTM、ASME、NACE等被用戶廣泛認(rèn)可和執(zhí)行的團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)體系，也難以開展像API一樣權(quán)威的認(rèn)證。

我們應(yīng)當(dāng)借鑒API成功經(jīng)驗(yàn)，從以下幾方面開展工作。

2.1 積極構(gòu)建團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)體系并形成權(quán)威認(rèn)證體系

由行業(yè)領(lǐng)軍企業(yè)(中石油)牽頭，以石油裝備(管材)制造和油氣工程技術(shù)服務(wù)兩個(gè)領(lǐng)域?yàn)橹攸c(diǎn)，依托最具實(shí)力的科研院所或科技型企業(yè)，聯(lián)合行業(yè)的其他石油企業(yè)、生產(chǎn)廠家，可以以中國(guó)石油學(xué)會(huì)的名義，借鑒已有的相關(guān)成熟的行業(yè)或企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，并補(bǔ)充制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，盡快建立我國(guó)石油工業(yè)自主的、符合市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)規(guī)律、系統(tǒng)的團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)體系。在此基礎(chǔ)上，在石油裝備企業(yè)推行自主團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)體系以及產(chǎn)品和服務(wù)的認(rèn)證，不斷提升我國(guó)自主石油團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)的影響力和權(quán)威性。

2.2 加快推進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)和認(rèn)證體系的國(guó)際化進(jìn)程

目前我國(guó)約有500多支隊(duì)伍在40多個(gè)國(guó)家從事油氣勘探開發(fā)，鉆采裝備和管材產(chǎn)品與工程技術(shù)服務(wù)的海外市場(chǎng)潛力很大。應(yīng)當(dāng)依托“一帶一路”建設(shè)，在沿線國(guó)家廣泛開展CPS標(biāo)準(zhǔn)及認(rèn)證的合作與互認(rèn)，并逐步輻射至全世界認(rèn)同和認(rèn)可采用；另一方面，積極爭(zhēng)取與IOGP(國(guó)際油氣生產(chǎn)商協(xié)會(huì))、ISO等組織的合作，將我國(guó)石油行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和認(rèn)證帶出國(guó)門。通過不斷地努力，使我國(guó)自主的石油工業(yè)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)成為國(guó)際有影響的、權(quán)威的國(guó)際先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 加大標(biāo)準(zhǔn)化投入，搶占石油標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)制高點(diǎn)

提前謀劃和布局，將海洋油氣、非常規(guī)油氣、智慧管道、綠色制造、新能源及儲(chǔ)能材料等領(lǐng)域的自主創(chuàng)新和標(biāo)準(zhǔn)研制納入“十四五”發(fā)展規(guī)劃，投入專項(xiàng)資金，支持形成一批前沿技術(shù)領(lǐng)域具有權(quán)威性的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，積極搶占標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)制高點(diǎn)。

3 圍繞提質(zhì)增效，著力解決套管變形和損壞、管網(wǎng)泄漏等重大技術(shù)難題

油氣田開發(fā)、煉油化工和管道儲(chǔ)運(yùn)等領(lǐng)域涉及的石油管材及裝備數(shù)量規(guī)模龐大、投資占比高，一旦發(fā)生失效，往往會(huì)造成巨大經(jīng)濟(jì)損失、嚴(yán)重環(huán)境污染甚至災(zāi)難性傷亡事故。

3.1 開展科技攻關(guān)，有效推動(dòng)油氣田套管變形和損壞預(yù)防及治理

油氣田套管損壞嚴(yán)重影響油氣田開發(fā)和效益，套管變形又是頁(yè)巖氣、頁(yè)巖油開發(fā)中遇到的重大技術(shù)瓶頸，每年因套損和套變?cè)斐傻慕?jīng)濟(jì)損失巨大。近年來(lái)隨著開采強(qiáng)度的提高和開采難度的加大，套損率上升趨勢(shì)明顯；2018年四川某些地區(qū)的頁(yè)巖氣井在壓裂過程中的套變比例更是高達(dá)49%；此外，西南和塔里木油田的高壓氣井的特殊螺紋連接的氣密封性難以保證，造成環(huán)空帶壓，成為卡脖子問題。管研院曾在上世紀(jì)八、九十年代針對(duì)大慶油田的套損進(jìn)行了調(diào)查和治理，一度使套損率明顯下降。2018年起，針對(duì)長(zhǎng)寧、威遠(yuǎn)區(qū)塊頁(yè)巖氣開發(fā)中的嚴(yán)重套變問題進(jìn)行了理論研究、數(shù)值模擬和實(shí)物實(shí)驗(yàn)，現(xiàn)已開展了預(yù)防套變技術(shù)的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，取得預(yù)期成果，有望大幅度降低頁(yè)巖油氣開發(fā)中的套變比例。同時(shí)，管研院圍繞油氣田需求，開展套管損壞的預(yù)防和治理工作?！笆奈濉逼陂g，開展國(guó)產(chǎn)高氣密封特殊螺紋連接的套管開發(fā)也勢(shì)在必行。

3.2 加強(qiáng)新產(chǎn)品、新技術(shù)研究，防治油氣集輸管網(wǎng)泄漏

油田集輸管網(wǎng)是地表下最廣泛的線性設(shè)施，更是油氣輸送的必經(jīng)通道。集輸管網(wǎng)由于里程長(zhǎng)、數(shù)量大、分布廣，往往因腐蝕、第三方破壞等原因，造成跑冒滴漏現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。針對(duì)該問題，管研院近幾年開展了冶金復(fù)合管、環(huán)氧套筒、非金屬管穿插、緩蝕劑、管網(wǎng)智能檢測(cè)等新產(chǎn)品、新技術(shù)研究，并取得了初步成果。“十四五”將在上級(jí)和長(zhǎng)慶、大慶、塔里木等油氣田公司的支持下，進(jìn)一步加大新技術(shù)、新產(chǎn)品推廣應(yīng)用力度，解決集輸管網(wǎng)腐蝕、運(yùn)行監(jiān)測(cè)和快速修復(fù)難題，積極參加無(wú)泄漏示范區(qū)建設(shè)，提高油氣田效益，避免環(huán)境事故。

3.3 應(yīng)用基于風(fēng)險(xiǎn)的檢測(cè)和故障診斷技術(shù)，解決煉化設(shè)施腐蝕與磨損

煉化設(shè)施和壓力容器容易發(fā)生腐蝕、沖蝕和磨損，許多關(guān)鍵材料仍依賴進(jìn)口。需要組織力量對(duì)煉化設(shè)施材料深入研究，延緩腐蝕和磨損，并實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化替代。在此基礎(chǔ)上，推廣應(yīng)用基于風(fēng)險(xiǎn)的檢測(cè)和故障診斷等技術(shù)，在保障安全的前提下，盡量延長(zhǎng)設(shè)施的大修周期，提升煉化業(yè)務(wù)的效益。

3.4 以非金屬管材為突破口，實(shí)現(xiàn)上下游一體化運(yùn)作

2015年，管研院提出了加強(qiáng)上下游一體化運(yùn)作、推動(dòng)化工原料在油田集輸管網(wǎng)中應(yīng)用的建議。2017年，中石油設(shè)立了重點(diǎn)工業(yè)試驗(yàn)項(xiàng)目“油田用耐溫聚乙烯管材新產(chǎn)品在長(zhǎng)慶油田工業(yè)化試驗(yàn)”，由長(zhǎng)慶油田、石化院、管研院、大慶石化、吉林石化等多家單位承擔(dān)，目前已經(jīng)開發(fā)成功了聚乙烯管材新產(chǎn)品，并在長(zhǎng)慶油田鋪設(shè)了12條管線(20.8公里)，管材性能穩(wěn)定，運(yùn)行狀況良好。此工作推動(dòng)了油氣工業(yè)從聚乙烯開發(fā)生產(chǎn)、復(fù)合管制備到油田應(yīng)用的全產(chǎn)業(yè)鏈、一體化運(yùn)作，實(shí)現(xiàn)了效益最大化?！笆奈濉睂⑸钊腴_展橡塑原料和非金屬管材的研究、開發(fā)和評(píng)價(jià)等工作，制定科學(xué)合理的標(biāo)準(zhǔn)體系，擴(kuò)大橡塑管材的應(yīng)用范圍，實(shí)現(xiàn)在油氣混輸、天然氣輸送以及井下等多個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用。

3.5 研究高鋼級(jí)天然氣管道焊接技術(shù)和檢測(cè)技術(shù)，保證長(zhǎng)輸油氣管道運(yùn)行安全

截至2019年底，國(guó)內(nèi)油氣長(zhǎng)輸管道總里程達(dá)到13.9萬(wàn)公里[10]。根據(jù)中緬管道晴隆段兩次事故以及其他的管道事故結(jié)果分析來(lái)看，環(huán)焊縫焊接質(zhì)量和技術(shù)問題已成為影響高鋼級(jí)天然氣管道安全服役的主要問題。因此應(yīng)繼續(xù)針對(duì)高鋼級(jí)管道環(huán)焊縫，系統(tǒng)開展強(qiáng)度匹配設(shè)計(jì)、鋼管母材、焊接材料、焊接工藝、斷裂控制、缺陷修復(fù)等方面的科研工作，攻克高性能焊機(jī)和焊接材料依賴進(jìn)口、工藝質(zhì)量不穩(wěn)定、管道應(yīng)力狀態(tài)監(jiān)測(cè)、焊接缺陷檢測(cè)和容限評(píng)估技術(shù)難題，在高鋼級(jí)管道建設(shè)和安全運(yùn)行領(lǐng)域持續(xù)形成自主創(chuàng)新的領(lǐng)先科技成果，保障高鋼級(jí)管道運(yùn)行安全，保持領(lǐng)跑者之一的地位。

3.6 組織關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，推動(dòng)海洋石油裝備材料國(guó)產(chǎn)化

我國(guó)海洋石油裝備存在自主創(chuàng)新能力不足，關(guān)鍵核心材料研發(fā)滯后等問題[11]。水下井口、水下采油樹、水下閥門等海洋鉆采關(guān)鍵裝備用馬氏體不銹鋼、超級(jí)奧氏體不銹鋼、超級(jí)雙相不銹鋼、鎳基和鐵鎳基合金等的加工制造技術(shù)不成熟，主要依靠進(jìn)口。海洋柔性管主要由法國(guó)和美國(guó)的三家企業(yè)壟斷，國(guó)內(nèi)企業(yè)尚無(wú)生產(chǎn)能力?！笆奈濉睂⒔梃b高鋼級(jí)輸送管國(guó)產(chǎn)化建立的“失效分析-標(biāo)準(zhǔn)化-科學(xué)研究-檢測(cè)評(píng)價(jià)”應(yīng)用支撐模式和“產(chǎn)學(xué)研用檢”一體化開發(fā)機(jī)制，組織對(duì)海洋石油裝備材料的國(guó)產(chǎn)化攻關(guān)，提升我國(guó)海洋石油裝備材料的自主保障能力和整體水平。

4 著眼長(zhǎng)遠(yuǎn)，超前布局人工智能、新能源及其新材料技術(shù)發(fā)展

以人工智能、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等為核心的數(shù)字化技術(shù)以及新能源、新材料等技術(shù)不斷滲透到油氣領(lǐng)域，各大油公司紛紛搶占能源技術(shù)進(jìn)步先機(jī)，謀求新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)革命競(jìng)爭(zhēng)制高點(diǎn)。

4.1 構(gòu)建智能決策平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)石油管材及裝備的失效控制、健康管理和預(yù)測(cè)性維護(hù)

管研院在多年工作中，積累了海量的石油管及裝備材料、服役環(huán)境和失效特征等方面的數(shù)據(jù)和資料。上世紀(jì)90年代，“鉆柱失效分析案例庫(kù)和計(jì)算機(jī)輔助失效分析”成果獲陜西省科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)，是一次利用計(jì)算機(jī)技術(shù)提高失效預(yù)測(cè)預(yù)防水平的嘗試，為人工智能技術(shù)在石油管及裝備失效控制中的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。人工智能應(yīng)用于石油管材及裝備全生命周期健康管理，建立實(shí)時(shí)診斷、智能決策的數(shù)字孿生體和失效分析與預(yù)測(cè)預(yù)警智慧化平臺(tái)，可有效降低失效事故，保障油井管柱、鉆采裝備、地面管道及煉化設(shè)備的安全。

4.2 布局突破新能源發(fā)展中的材料應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)，為新能源發(fā)展創(chuàng)造條件

氫氣作為未來(lái)發(fā)展的清潔能源已成為共識(shí)，而氫的集輸是關(guān)鍵瓶頸之一。國(guó)際能源署預(yù)測(cè)，在距離1 500千米以內(nèi)，管道輸送氫氣是經(jīng)濟(jì)性選擇。因此，開展高壓氫氣儲(chǔ)運(yùn)材料開發(fā)及應(yīng)用技術(shù)、氫氣管道建設(shè)和安全運(yùn)行關(guān)鍵技術(shù)以及在役天然氣管道混氫輸送適用性研究尤為迫切。

為實(shí)現(xiàn)2030年前碳達(dá)峰，2060年碳中和的目標(biāo)，中石油正在開展碳捕獲、利用與封存技術(shù)(CCUS)攻關(guān)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)化石能源所產(chǎn)生CO2的埋存和有效利用，屆時(shí)CO2高效集輸將形成規(guī)模產(chǎn)業(yè)。而CO2集輸存在腐蝕、泄漏和爆炸等安全風(fēng)險(xiǎn)，因此著眼CO2的規(guī)模應(yīng)用，超前儲(chǔ)備CO2安全集輸關(guān)鍵技術(shù)十分必要，這也是石油管和裝備材料領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。

4.3 開展新型石油管及裝備材料的研發(fā)及應(yīng)用，搶占技術(shù)制高點(diǎn)

圍繞“深、低、海、非”油氣開發(fā)，鈦合金、鋁合金、鎂合金以及碳纖維管材具有密度低、比強(qiáng)度高、耐腐蝕和抗疲勞等優(yōu)點(diǎn)，有望成為超深井、水平井、大位移井等開發(fā)的利器；冶金結(jié)合雙金屬?gòu)?fù)合管、中低Cr耐蝕合金管、新型涂鍍層管材、耐高溫(耐溫80 ℃以上)非金屬及復(fù)合材料管材兼具良好的耐蝕性和經(jīng)濟(jì)性，這些產(chǎn)品的開發(fā)可推廣應(yīng)用于酸性油氣田；3D打印(增材制造)、綠色再制造、高性能新型結(jié)構(gòu)鋼、先進(jìn)復(fù)合材料等技術(shù)的快速發(fā)展，將為石油裝備的輕量化、綠色化和智能化奠定基礎(chǔ)。

針對(duì)天然氣水合物開發(fā)，開發(fā)應(yīng)用鈦合金管材、新型表面涂層材料，解決大狗腿度通過以及水合物堵塞等瓶頸難題；針對(duì)煤炭地下氣化，開發(fā)應(yīng)用可燃套管和耐350 ℃高溫腐蝕工具材料，解決套管變形、腐蝕穿孔、環(huán)空帶壓等氣化爐完整性問題；地?zé)衢_發(fā)方面，需要針對(duì)深層(大于5 000 m)、高溫(大于450 ℃)環(huán)境，研發(fā)建立耐高溫鉆測(cè)工具及材料體系。這都是我們著眼于未來(lái)發(fā)展的研究方向和重點(diǎn)工作。

5 結(jié)束語(yǔ)

多年來(lái)，管研院一直致力于石油管及裝備材料的科技創(chuàng)新，聚焦解決了油氣田開發(fā)、煉油化工、管道儲(chǔ)運(yùn)、裝備制造、新能源發(fā)展等領(lǐng)域的諸多共性、關(guān)鍵和瓶頸技術(shù)難題。當(dāng)前國(guó)家大力實(shí)施創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略，面對(duì)我國(guó)石油管及裝備材料發(fā)展中的新問題、新挑戰(zhàn)，油氣行業(yè)的石油管和裝備材料領(lǐng)域科研機(jī)構(gòu)應(yīng)加強(qiáng)與國(guó)內(nèi)外冶金企業(yè)、高等院校以及科研院所的合作，積極構(gòu)建創(chuàng)新聯(lián)合體，共同推動(dòng)新材料、新技術(shù)在油氣田開發(fā)、管道建設(shè)及運(yùn)行、新能源利用等領(lǐng)域的創(chuàng)新發(fā)展，助力我國(guó)能源技術(shù)變革和升級(jí)，為制造強(qiáng)國(guó)建設(shè)和國(guó)家能源安全貢獻(xiàn)科技力量，實(shí)現(xiàn)石油管和裝備材料領(lǐng)域的科技自立自強(qiáng)和產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈的自主可控。