石油管工程技術進展及展望*

馮耀榮，張冠軍，李鶴林

·綜 述·

石油管工程技術進展及展望*

馮耀榮，張冠軍，李鶴林

(石油管材及裝備材料服役行為與結構安全國家重點實驗室，中國石油集團石油管工程技術研究院 陜西 西安 710077)

伴隨著中國石油集團石油管工程技術研究院(及其前身)的建立和發展，“石油管工程(學)”學科應運而生。35年來，“石油管工程(學)”學科得到了快速發展，建立了石油管材及裝備材料服役行為與結構安全國家重點實驗室、中國石油學會管材專業委員會等科研和學術技術交流平臺，構建了從微觀組織分析到全尺寸模擬試驗完整的石油管試驗研究裝備體系，形成了以院士、國家和省部級專家為骨干、專業和年齡結構合理的創新團隊，基本形成石油管工程核心技術體系，先后獲得國際、國家、石油天然氣行業授予的安全、質量、計量、標準、失效分析等方面的權威資質和授權25項，開創了科學研究、質量監督、技術服務三位一體、協調發展的模式，取得重要科技成果100余項，有力支撐了國家西氣東輸等重大管道工程、重點油氣田勘探開發，促進了石油管的全面國產化和質量性能水平提升。在當前我國經濟發展“新常態”和低油價形勢下，石油管工程技術面臨諸多挑戰，石油管工程科技創新比以往任何時候都更加迫切。亟待進一步傳承和發展“石油管工程(學)”學科，發展石油管失效控制和服役安全理論，進一步加強石油管工程超前儲備和應用基礎研究，突破石油管工程應用關鍵技術，建立或完善石油管材料服役行為與結構安全核心技術體系，有力支撐石油天然氣工業發展。

石油管工程(學)； 油井管； 油氣輸送管；材料服役行為； 結構安全；失效控制

0 引 言

1981年，為了加強石油專用管材的質量控制、失效分析及預防和科研工作，石油工業部成立石油專用管材料試驗中心(石油管工程技術研究院前身)。經過35年的發展，石油管工程技術研究院從無到有、從小到大、由弱變強；創立了石油管工程(學)學科[1，2]；建立了石油管材及裝備材料服役行為與結構安全國家重點實驗室、陜西省重點實驗室、中國石油集團石油管工程重點實驗室、國家安全生產石油管及裝備安全技術研究中心、中國石油學會管材專業委員會等科研和學術技術交流平臺；構建了從微觀組織分析到全尺寸模擬試驗完整的石油管試驗研究裝備體系，試驗儀器和裝備488臺(套)，其中全尺寸模擬試驗研究的標志性大型設備有10臺(套)；形成了以院士、國家和省部級專家為骨干、專業和年齡結構合理的創新團隊；基本形成石油管工程核心技術體系，涉及5個主要技術領域，包含一級技術12項，二級技術36項；先后獲得國際、國家、石油工業和中國石油集團授予的安全、質量、計量、標準、失效分析等方面的權威資質和授權25項；開創了科學研究、質量監督、技術服務三位一體、協調發展的模式，成效顯著。

1)圍繞國家重大油氣管道工程需求，研究形成X70/X80管線鋼和鋼管關鍵技術指標體系、管道斷裂和變形失效控制技術、X70/X80大口徑輸氣管道風險評估技術，研究制定X70/X80 管線鋼和鋼管系列標準70余項，為西氣東輸等重大管道提供決策支持和技術方案，推動X70、X80高強度管材的規模化應用，支持和促進西氣東輸800萬噸管材國產化，其中西氣東輸管線國產化率達到50%，西氣東輸二線國產化率達到90%，實現了鋼級從X52到X80、輸送壓力從6.4 MPa到12 MPa的重大跨越，我國用20年時間趕上和超過了發達國家水平，實現了國際領跑，有力支撐了國家重大管道建設及安全運行，為我國石油天然氣工業做出了重要貢獻[3-5]。

2)建立了深井超深井、高溫高壓氣井、致密油氣井用高強度、高韌性、高抗擠、耐腐蝕、特殊密封結構等非API油井管標準體系和技術體系，形成基于氣井全壽命周期的管材選用和適用性評價方法，研發了系列緩蝕劑，為塔里木、長慶等西部大慶、新疆大慶建設提供了有力的技術支撐，促進了油井管國產化率和質量技術水平持續提高，油井管國產化率由上世紀80年代初的不足10 %上升到目前的98%以上，保障了重點油氣田勘探開發的安全[3,5,6]。

3)系統研究了石油管材的失效模式、機理、規律及原因，建立了石油管材失效數據庫和案例庫，積累石油管材及裝備失效案例1 600余例，其中包括“11·22”黃島輸油管道泄漏爆炸事故等在內的重大失效事故100余起，為事故處理和預防提供了決策和技術支持。

4)完成了數以萬計的石油管材質量監督檢驗、新產品質量鑒定評價、制造許可和型式試驗；完成了數千萬噸的石油管材駐廠質量監督和現場檢驗，保障了管材質量和使用安全；建立了比較完善的石油管材標準體系，圍繞重大管道工程、重點油氣田勘探開發制修訂近200項國家、行業、重大工程標準；成為ISO TC67/SC2 副主席、并行秘書處，SC2、SC5投票委員單位和中方技術對口單位，為石油管材的質量和安全保障做出了貢獻。

1 石油管工程技術主要進展

35年來，石油管工程技術研究院和石油管及裝備材料服役安全國家重點實驗室圍繞西氣東輸等國家重大管道建設工程、塔里木和長慶等重點油氣田勘探開發工程潛心研究，攻堅克難，取得了100余項重要科研成果；發表論文2 100余篇，出版專著及研究文集20余部，獲得授權專利400余件(其中發明專利152件)，研發軟件54套，制修訂國家、行業、企業和重大工程標準270余項，向ISO/API提出標準制修訂提案23件，100余項成果獲得省部級科技成果獎勵，其中西氣東輸工程技術及應用、我國油氣戰略通道建設與運行關鍵技術等13項成果獲國家科技進步一、二等獎，油氣輸送管道失效控制及工程應用、石油管工程試驗平臺建設及關鍵技術創新等10項成果獲省部級特等獎和一等獎。

1.1 X70/X80管線鋼和鋼管應用關鍵技術

針對國家重大管道工程和高鋼級管線鋼及鋼管工程應用和應用基礎問題，開展了系統研究，取得了一系列重要成果，為重大管道工程提供了有力的技術支撐，推動了X70/X80管線鋼和鋼管在重大管道工程中的規模化應用[3-5,7,8]。

1)研究提出了西氣東輸系列管線X70/X80管材關鍵技術指標，形成高鋼級管線鋼和鋼管材質選用及針狀鐵素體組織分析鑒別與評定技術、管型選用及螺旋埋弧焊管殘余應力控制技術、高鋼級厚壁管線鋼及鋼管綜合性能評價和質量控制技術，制定了兼顧安全性與經濟性的系列標準70余項；研究提出了X80彎管和管件成分設計，研發了感應加熱彎管及管件的制造工藝。

2)聯合研發了國際先進的50 000 J大擺錘試驗系統，建成了高壓輸氣管道全尺寸氣體爆破試驗場，建立了相應的試驗方法。自主研發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測軟件，研究提出了西氣東輸系列管線安全運行參數控制要求和管材止裂韌性要求。首次開展了X80螺旋埋弧焊管管道實物氣體爆破試驗，驗證了西氣東輸二線管材的止裂能力，如圖1所示。

3)聯合研發了國際先進水平的大口徑鋼管在模擬工況條件下整管內壓+彎曲復合載荷變形試驗系統及試驗方法；研究提出了基于屈曲應變數值模擬和量綱分析的管線壓縮應變容量預測方法；研究揭示了多種規格X70大變形鋼管的壓縮應變容量與鋼管幾何尺寸、材料組織性能之間的關系，如圖2所示，提出了確定鋼管屈曲應變能力的方法；發明了大應變鋼管的制造方法，研究制定了西氣東輸二線、中亞管線、中緬管線等基于應變設計地區使用直縫埋弧焊管技術條件。

圖1 X80螺旋焊管止裂韌性預測及實物氣體爆破試驗

圖2 X70抗大變形管線鋼管的組織和性能

1.2 油氣管道和儲氣庫安全評價與完整性技術

圍繞油氣管道安全評價、風險評估、修復補強、儲氣庫管柱選材評價、儲氣庫安全風險評價等幾個方面開展技術攻關，取得了系列創新成果[9-12]。

1)研究形成油氣管道安全風險評價技術及軟件，建立了油氣管道失效概率計算模型，提出了油氣管道目標可靠度確定方法，制定了我國油氣管道風險可接受推薦準則，形成了系統的油氣管道安全評價和定量風險評估技術體系。

2)形成基于風險的油氣管道檢測技術，發明了管道修復用復合材料體系和施工方法，研發了帶銹轉化、預浸料修復和均勻加壓固化等工藝技術，建立了管道復合材料修復補強技術評價指標體系。

3)研究建立了基于故障樹理論的注采井風險評估方法；建立了基于全井段測井數據的地下儲氣庫套管柱剩余強度評價與剩余壽命預測方法；形成儲氣庫管柱優化設計、選材、適用性和完整性評價技術，建立了基于層次分析法和數值模擬的在役老腔穩定性評價方法；形成了儲氣庫注采氣站及管道檢測、風險評估及適用性評價技術。

研究成果應用于西氣東輸系列管線，如圖3所示，同時也應用于陜京管道等22條重要油氣管道和塔里木油田、陜西天然氣等多個油氣田集輸管網和地方天然氣管網，金壇、大港、長慶、遼河、新疆等儲氣庫得到應用，為油氣管道和儲運設施的安全運營提供了有力的技術支撐。

1.3 第三代大輸量天然氣輸送管應用技術

為了滿足建設380×108m3/a以上超大輸氣量管道需求，提出了采用超高鋼級X90及以上鋼管、提高管道設計系數、增大輸送管口徑等三種技術方案，稱為第三代大輸量天然氣管道應用技術[13-19]。

1)系統分析研究了提高強度設計系數對管道安全性及風險的影響，如圖4所示，研究確定了0.8設計系數管材關鍵性能指標和質量控制要求，制定了西氣東輸三線0.8設計系數管道用X80螺旋縫埋弧焊管技術條件，在西氣東輸三線示范工程中成功敷設261 km，節約管材12.6萬噸，節約采購成本約1億元。分析研究了X80厚壁三通的斷裂抗力和極限承載能力，在確保三通極限承載能力不小于3.5倍管道設計壓力的情況下，管件壁厚減薄20%～30%，減小了厚壁管件設計的過度保守性，降低了制造難度，在西氣東輸三線管道工程中得到應用。

圖3 西氣東輸二線西段總風險水平全線分布

2)研究形成OD 1 422 mm X80 12 MPa和13.3 MPa管道斷裂控制技術，在國際上首次開展OD 1 422 mm X80 12 MPa和13.3 MPa直縫和螺旋埋弧焊管使用天然氣介質管道全尺寸爆破試驗；研究制定了OD 1 422 mm X80管材系列技術標準，完成了螺旋埋弧焊管、直縫埋弧焊管、彎管和管件的試制評價。為中俄東線建設奠定了基礎。

3)研究提出了X90管線鋼管斷裂控制技術及止裂韌性指標。系統研究了X90管材成分、組織、性能、工藝之間的相關性，提出了X90管材的關鍵技術指標和檢測評價方法及配套系列標準。基本完成了X90焊管和管件的研發及試驗評價。在國際上首次開展OD 1 229 mm X90 12 MPa直縫和螺旋埋弧焊管使用天然氣介質管道全尺寸爆破試驗。為X90管線鋼和鋼管的工程應用奠定了基礎。

圖4 兩種設計系數X80管道年失效 概率與服役時間的關系

1.4 先進鉆柱構件設計開發與工程應用關鍵技術

針對鉆柱構件頻繁失效現狀，開展失效機理、規律及優化設計研究，形成系列高性能鉆柱構件優化設計及工程應用關鍵技術[20-25]。

1)系統研究揭示了鉆桿內加厚過渡區的失效機理和影響因素，分析研究了鉆桿內加厚過渡區結構對使用壽命的影響規律，如圖5所示，提出內加厚過渡區錐面長度Miu的控制指標，被API采納修改API Spec 5D 標準。

圖5 彎曲載荷下鉆桿內加厚過渡區錐面長度Miu和 過度圓角半徑R對象對應力集中系數β的影響

2)聯合研發了鉆桿實物疲勞試驗系統及試驗方法。在研究揭示鉆柱構件失效機理及原因的基礎上，提出了鉆鋌、鉆桿接頭和轉換接頭的選材及熱處理工藝。在鉆柱構件安全韌性判據研究的基礎上，提出鉆柱構件的韌性控制指標和標準。

3)研究形成了鉆桿安全可靠性評價技術、軟件及標準，包括：損傷鉆桿的安全性評價(FAD評價與極限缺陷尺寸曲線)；鉆桿疲勞壽命預測；鉆桿安全可靠性及風險評價；鉆桿的操作極限(包括API RP 7G 的內容)；鉆桿斷裂事故原因的定量分析等。

4)針對高含硫氣田勘探開發，完成抗硫鉆桿材料成分、組織、工藝及性能優化設計，聯合開發了SS105鋼級抗硫鉆桿產品，形成產品檢測評價技術規范，相關成果被ISO國際標準委員會采納，對現有ISO 11961標準進行修訂。技術成果在中石化普光等酸性氣田獲得成功應用，為高含硫化氫氣田鉆井安全提供了技術支撐。

5)針對鉆機負荷輕量化、大位移水平井摩阻控制及耐蝕性需求，聯合研發了460 MPa級鋁合金鉆桿，在塔里木油田獲得成功應用，為鉆機減負及大位移水平井鉆井提供了技術支撐。

1.5 復雜工況油套管柱失效控制與完整性評價技術

針對高溫高壓氣井、稠油熱采、低滲透、頁巖氣開發等復雜油氣田工況套管的失效預防和安全保障，開展了系統研究，形成一系列創新成果[26-29]。

1)合作研發了2 500 t油套管復合載荷試驗系統、軸向+外壓復合載荷擠毀試驗系統，形成了相應的實驗方法。

2)系統研究揭示了注水開發油田油層套管射孔開裂的影響因素，提出了套管射孔開裂判據及預防措施，如圖6所示。

圖6 射孔套管AKV/σY與開裂傾向的關系

3)研究確定了高溫高壓氣井套管柱失效模式與失效概率計算方法，形成了套管柱系統可靠性設計基本流程，建立了基于可靠性的油氣井管柱強度和密封性計算模型、方法和判據，形成了高溫高壓氣井套管柱結構強度和密封性設計評價方法，建立了高溫高壓氣井套管密封可靠性設計的極限狀態方程和計算程序。研究制定了高抗擠套管的技術標準，并被API采納修改套管標準。

4)針對稠油蒸汽熱采井套管循環高溫服役環境，形成稠油蒸汽熱采井套管柱應變設計、選材與適用性評價方法及配套標準。采用強度錯配理念與工藝，成功設計開發了80SH、90SH及110SH熱采套管，在新疆油田風城及紅淺等區域獲得成功應用，實現了5年15輪次注汽生產零套損的優異效果。

5)針對長慶等低壓低滲低產氣田，研發了經濟型特殊螺紋連接套管及配套技術，如圖7所示，在長慶、大慶等油氣田獲得應用。

6)針對西南長寧、威遠等頁巖氣開發套管變形、泄漏、脫扣等問題，研究了水平井復雜壓裂條件下套管柱的力學行為、管材特性及關鍵技術指標、管柱和螺紋優化設計選用與適用性評價方法。

圖7 經濟型特殊螺紋套管優化設計

1.6 高溫高壓氣井油套管柱腐蝕完整性技術

針對高溫高壓、嚴酷腐蝕氣井、復雜酸化壓裂工況，在油套管柱選材、腐蝕評價方法體系、井筒腐蝕完整性、耐高溫酸化緩蝕劑等方面取得了重要研究成果[3,5,6]。

1)聯合研發了功能強大的實物拉伸+腐蝕試驗系統，如圖8所示，沖刷腐蝕試驗系統。建立了石油管實物應力腐蝕和沖刷腐蝕模擬評價試驗方法。

圖8 油管全尺寸應力腐蝕實驗研究：腐蝕+應力腐蝕規律

2)系統研究獲得了高溫高壓氣井油管腐蝕失效特征及影響因素，揭示了超級13Cr油管的耐蝕性隨溫度、CO2分壓、Cl-濃度和流速、表面狀態以及酸化環境、完井液、加載應力的變化規律、腐蝕行為和特征。

3)研究建立了基于氣井全壽命周期的油套管選材與評價方法，包含酸化壓裂、完井生產2個作業過程，鮮酸酸化、殘酸返排、凝析水、地層水、完井液5個工況環境+恒定載荷、交變載荷、管柱震顫3個力學因素，斷裂、腐蝕、泄漏3種主要失效模式。形成了一套基于井筒全壽命周期的腐蝕完整性選材評價技術，為塔里木高溫高壓氣田油套管選材提供決策依據。

4)發明了超級13Cr酸化緩蝕劑，有效解決了高溫高壓氣井超級13Cr腐蝕難題。

上述成果已全面應用于塔里木油田高溫高壓氣井油套管的選材評價和失效控制，超級13Cr酸化緩蝕劑系列產品，在塔里木油田應用100多井次，累計使用800多噸，創造了良好的經濟效益和社會效益。

1.7 實體膨脹管應用關鍵技術

經過系統研究，形成了實體膨脹管全尺寸實物評價系統、實體膨脹管膨脹工藝及關鍵參數模擬仿真預測、實體膨脹管實物評價方法及標準、高性能膨脹管材料及螺紋優化設計、實體膨脹管實驗及施工配套工具、以及膨脹套管力學性能預測分析軟件，形成了從理論研究、實(試)驗裝備及評價方法、配套工具、高性能材料和螺紋、現場施工、預測軟件等實體膨脹管應用技術體系[3,30]。

1.8 油氣田與管道用非金屬及復合材料管及應用關鍵技術

針對油氣田地面管道、長輸管道、海洋非金屬復合管新材料及應用方面的技術難題，開展了系統研究，取得了多項重要創新成果[3,31,32]。

1)研究提出了油氣田用非金屬管的關鍵技術指標和質量性能評價方法，制定了系列標準，形成油氣田用非金屬管選材與質量控制評價技術體系。

2)攻克了非金屬材料復合管的選材、結構設計、制備工藝、關鍵性能測試評價等技術難題，制備了適用于水深500 m的海洋非金屬材料復合管，在黃海海域通過海試，如圖9所示。

3)研發了包括內層鋼管、過渡層、復合材料增強層及外保護層四層結構的復合材料增強管線鋼管，制備了玻璃纖維復合材料增強X80 OD 1 219 mm管線鋼管，爆破壓力由23 MPa提高至37 MPa。

4)研究提出了抗硫非金屬管關鍵技術指標，建立了抗硫非金屬管選材評價方法、非金屬材料氣體滲透性檢測及控制方法，形成含硫油氣環境中的介質適應性評價技術，研發出抗硫非金屬復合管新產品，在塔中Ⅰ號氣田TZ 262-H1得到應用。

上述成果已廣泛應用于國家和石油行業標準制定、制造企業的產品優化和國內油氣田地面管線的選材設計、質量控制、施工驗收等，取得了良好的經濟效益和社會效益，具有良好的推廣應用前景。

圖9 水深500 m的海洋非金屬材料復合管

2 石油管工程技術發展展望

經過35年的發展，石油管工程技術取得了長足進步。在當前我國經濟發展“新常態”和低油價形勢下，石油管工程技術面臨諸多挑戰。油氣勘探開發向低滲透、深層、海洋、非常規擴展，煉化系統原油劣質化、多元化趨勢明顯，油氣長輸管道向大口徑、高壓力、高鋼級方向發展。復雜的力學環境、高溫高壓、嚴酷腐蝕環境等對石油管的質量性能和使用的安全可靠性提出了更高要求，確保安全可靠性和提高經濟型的矛盾更加突出，石油管工程科技創新比以往任何時候都更加迫切。亟待進一步傳承和發展“石油管工程(學)”學科，發展石油管失效控制和服役安全理論，進一步加強石油管工程超前儲備和應用基礎研究，突破石油管工程應用關鍵技術，建立或完善石油管材料服役行為與結構安全核心技術體系，有力支撐油氣工業發展。

2.1 傳承和發展“石油管工程(學)”

經過35年的發展，初步形成“石油管工程(學)”學科體系。石油管工程(學)涉及石油天然氣工程、材料科學與工程(材料學、材料物理、材料化學、材料加工工程)、冶金工程、機械工程、力學(彈塑性力學、斷裂力學、管柱力學、流體力學、巖土力學)、安全工程、計算機科學與技術、化學、物理等學科，是多學科交叉在工程領域的體現。

“石油管工程(學)”是從石油管的服役條件出發，重點研究石油管的力學行為、環境行為、先進材料及其成分/結構-合成/加工-性質與服役性能的關系、石油管的失效控制與預測預防、安全評價與完整性，揭示石油管的失效機理和規律，提出失效控制和預防方法，發展全壽命周期的安全可靠性和完整性技術，確保石油管的長期服役安全。

在已有工作的基礎上，逐步發展完善“石油管工程(學)”，建立石油管材服役行為與結構安全理論和技術體系。針對油井管與管柱失效預防、輸送管與管線安全評價、腐蝕與防護、先進材料及應用技術四大方向努力攻關，發展高鋼級管道服役安全與失效控制理論，建立適合我國國情的高鋼級大口徑油氣輸送管材技術和標準體系；形成復雜工況油氣井管柱失效控制及完整性技術，為重點油氣田勘探開發提供技術支撐；形成高溫高壓及嚴酷腐蝕環境管材腐蝕機理及綜合防治技術、煉化管道腐蝕機理與評價技術；解決先進石油管材料應用技術難題，建立新型管材測試與評價核心技術體系。

2.2 發展石油管失效控制理論

1)從石油管的失效模式入手控制失效[33]。石油管的失效包括結構失效、功能失效、工藝失效。主要失效模式有變形(過量彈性和塑性變形)、斷裂(過載斷裂、脆性斷裂、疲勞和腐蝕疲勞、氫脆和應力腐蝕)、失穩(屈曲、擠毀)、損傷(磨損(粘著、磨粒、腐蝕磨損)、腐蝕(均勻、點蝕、縫隙腐蝕)、表面損傷(含機械損傷))、泄漏、滑脫等。通過對典型石油管的服役條件和失效分析入手，歸納總結其失效模式、規律和原因，提出失效抗力指標、失效判據及具體的預防措施。

2)從石油管失效的宏觀規律入手控制失效。在復雜工況下石油管的失效不可能完全避免，或完全避免會付出很高代價，但可以控制。失效過程可以用“浴盆曲線”來描述，如圖10所示，由早期失效、偶發失效、耗損失效三條曲線合成，可分為失效事故率由高到低、近乎常數、再由低到高三個階段。失效控制可以從三個方面入手：一是控制失效概率，提高安全可靠性，主要是通過安全可靠性設計與評價，減少偶發失效；二是控制失效后果，減少失效影響，主要是通過風險分析評價與控制來實現；三是控制失效發生的時間，延長使用壽命，主要是通過優化設計、合理選材、制造質量控制、嚴格檢驗驗收，減少早期失效，通過過程檢驗、維修維護、使用科學管理，減少耗損失效，發展壽命設計評估和預測技術。

圖10 用于描述失效事故率λ與 使用時間t的“浴盆曲線”[34]

2.3 發展石油管服役安全理論

石油管的服役安全取決于其在不同服役條件下的性能。石油管的性能包括力學性能、物理性能、化學性能、工藝性能、使用性能(服役性能)，力學、物理、化學、工藝性能間接影響結構安全，而使用性能(服役性能)直接影響結構安全。安全評價、風險評價、可靠性評估、壽命預測等是石油管服役安全的主要手段，也是石油管完整性的主要內容。結構完整性(評價)是基于斷裂力學和極限載荷理論的含缺陷結構能否使用的定量科學評價，完整性評價和完整性管理早期主要是針對在役結構，隨后向前延伸形成全過程的完整性評價和完整性管理。完整性的本質和核心是全壽命周期的安全可靠性，包括完整性設計即安全可靠性及壽命設計(全壽命周期的安全可靠性設計)、完整性評價、完整性管理。一方面要進一步加強不同服役條件下石油管服役行為研究，另一方面要發展石油管完整性即全壽命周期的安全可靠性研究，確保石油管的服役安全。

2.4 突破石油管應用基礎和工程應用關鍵技術

1)針對我國大口徑、長距離、高壓力、高鋼級管道和儲運設施建設和長期安全運行需求，重點研究高鋼級管材關鍵技術指標及表征評價方法、高壓大口徑天然氣管道斷裂控制技術、高強度管道變形控制技術、油氣管道失效機理與失效控制理論、油氣管道安全風險評價技術、油氣儲運設施完整性技術，建立油氣輸送管道失效控制理論，形成完整性技術體系。

2)圍繞特殊結構和特殊工藝井，超深、超高溫、超高壓、超長水平井及高壓大排量分段壓裂改造對油氣井管柱服役性能、安全可靠性、質量和壽命提出的新的更高的要求，重點研究油井管的失效機理和規律、失效預測預防技術、管柱優化設計及適用性評價技術、油氣井管柱結構完整性和密封完整性、高性能油井管關鍵技術指標及表征評價方法，建立油氣井管柱失效控制理論，形成完整性技術和標準體系。

3)針對高溫、高壓、嚴酷腐蝕介質油氣田石油管材存在的嚴重腐蝕問題，重點研究高溫高壓及嚴酷腐蝕環境油套管腐蝕機理及防治技術、高酸性氣田管材腐蝕機理及采集系統腐蝕綜合防治技術、煉化管道腐蝕行為與評價方法、石油管材腐蝕檢測、監測、預測和預防技術，揭示失效機理和規律，提出有效預防措施，確保管材使用安全。

4)針對復雜工況和特殊服役環境用石油管材，重點研究高性能管線鋼管成分/組織/性能/工藝相關性，高強高韌、高抗擠、高抗扭、耐腐蝕、長壽命油井管成分/組織/性能/工藝相關性，高性能非金屬管材、復合管材成分/組織/性能/工藝相關性，發展先進和特殊專用材料應用關鍵技術，保障其服役安全。

總之，要在國家創新驅動戰略引領下，通過大力推進原始創新，進一步發展石油管工程技術，形成比較完善的油氣輸送管道失效控制技術、高性能管線鋼和鋼管應用關鍵技術、油氣管道完整性技術、新型鉆柱構件材料及安全可靠性技術、非API油套管應用及管柱完整性技術、高溫高壓氣井油套管柱腐蝕防護技術、油氣田地面管道失效控制及預防技術，形成一批國家標準、發明專利、系列高新技術和產品、高水平學術論文和專著等載體化有形化成果，并加大成果轉化推廣力度，創造良好經濟社會效益，為我國油氣工業做出新貢獻。

[1] 李鶴林.“石油管工程”的研究領域、初步成果與展望[M].北京:石油工業出版社,1999：1-10.

[2] 李鶴林，張冠軍，杜 偉.“石油管工程”的內涵及主要研究領域[J].石油管材與儀器，2015，1(1)：1-4.

[3] 張冠軍.中國石油集團石油管工程技術研究院“十二五”科技成果匯編[M].北京：石油工業出版社，2016：1-41.

[4] 馮耀榮，霍春勇，吉玲康，等.我國高鋼級管線鋼和鋼管應用基礎研究進展及展望[J].石油科學通報，2016，1(1)：143-153.

[5] 馮耀榮，馬秋榮，張冠軍.石油管材及裝備材料服役行為與結構安全研究進展及展望[J].石油管材與儀器，2016，2(1)：1-5.

[6] 馮耀榮，韓禮紅，張福祥，等．油氣井管柱完整性技術研究進展與展望[J]．天然氣工業，2014，34(11):71-81.

[7] “西氣東輸二線X80管材技術條件及關鍵技術指標研究”技術報告[R],中國石油集團石油管工程技術研究院.2009.

[8] “西氣東輸二線管道斷裂與變形控制關鍵技術研究”技術報告[R],中國石油集團石油管工程技術研究院.2013.

[9] 馮耀榮,陳 浩,張勁軍,等.中國石油油氣管道技術發展展望[J].油氣儲運,2008,27(3):1-8.

[10] 趙新偉，羅金恒.油氣管道完整性評價技術[M].西安：陜西科技出版社，2010.

[11] 趙新偉，張 華，羅金恒.油氣管道可接受風險準則研究[J].油氣儲運，2016，35(1)：1-6.

[12] 趙新偉，李麗鋒，羅金恒，等.鹽穴儲氣庫儲氣與注采系統完整性技術進展[J].油氣儲運，2014，33(4)：347-353.

[13] 吳 宏,張對紅,羅金恒,等.輸氣管道一級地區采用0.8設計系數的可行性[J].油氣儲運，2013，32(8):799-804.

[14] 趙新偉,羅金恒,張廣利,等.0.8設計系數下天然氣管道用焊管關鍵性能指標[J].油氣儲運，2013，32(4):355-359.

[15] 吳 宏,劉迎來,郭志梅.基于驗證試驗法的X80鋼級大口徑三通設計[J].油氣儲運，2013，32(5):513-516.

[16] 劉迎來,吳 宏,井懿平,等.高強度油氣輸送管道三通試驗研究[J].焊管，2014，37(3):28-33.

[17] 霍春勇，李 鶴，張偉衛，等.X80鋼級1422 mm大口徑管道斷裂控制技術[J].天然氣工業，2016，36(6)：78-83.

[18] 李麗鋒,羅金恒,趙新偉,等.OD1422 mm X80管道的風險水平[J].油氣儲運，2016,35(4):25-29.

[19] 王紅偉,吉玲康,張曉勇,等.批量試制X90管線鋼管及板材強度特性研究[J].石油管材與儀器，2015，1(6)：44-51.

[20] 馮耀榮，馬寶鈿，金志浩，等.鉆柱構件失效模式與安全韌性判據的研究[J].西安交通大學學報，1998，32(4)：54-58.

[21] 李鶴林，馮耀榮，李京川，等.鉆桿接頭和轉換接頭材料及熱處理工藝的研究[J].石油機械，1992，20(3)：1-6，42.

[22] 王 航，韓禮紅，胡 鋒，等.回火溫度對抗硫鉆桿鋼析出相形貌及力學性能的影響[J].材料熱處理學報,2012,33(3):88-93.

[23] 馮 春，張冠軍，韓禮紅，等.熱處理對超高強度鋁合金鉆桿用Al-Zn-Mg-Cu系合金力學性能和組織的影響[C]//第十一次全國熱處理大會.太原：中國機械工程學會熱處理分會，2015.

[24] 韓禮紅，王 航，李方坡，等.酸性油氣田開發用鉆桿關鍵技術研究[C]//油氣井管柱與管材國際會議.西安：中國石油學會石油管材專業委員會，2014.

[25] 張平生,韓曉毅,羅衛國,等.鉆桿適用性評價及其軟件[M]//石油管工程應用基礎研究論文集.北京:石油工業出版社，2001.

[26] 王建東，馮耀榮，林 凱，等.特殊螺紋接頭密封結構比對分析[J].中國石油大學學報(自然科學版)，2010,34(5):126-130.

[27] 張 毅，吉玲康，宋 治，等.油層套管射孔開裂的安全韌性判據[J].西安石油大學學報(自然科學版),1998(6):46-49.

[28] 韓禮紅，謝 斌，王 航，等.稠油蒸汽吞吐熱采井套管柱應變設計方法[J].鋼管，2016，45(3):11-18.

[29] 中國石油天然氣集團公司石油管工程重點實驗室.油井管柱完整性技術研究[R].西安：中國石油集團石油管工程技術研究院，2014.

[30] 劉 強，宋生印，白 強，等.實體膨脹管性能評價方法研究及應用[J].石油機械，2014，42(12)：39-43.

[31] 張冬娜，戚東濤，魏 斌，等.纖維纏繞鋼管道的研究現狀及展望[J].油氣田地面工程，2016，35(5)：5-8.

[32] 丁 楠，戚東濤，魏 斌，等.海洋柔性管氣體滲透機理及其防護措施的研究進展[J].天然氣工業，2015，35(10)：112-116.

[33] 李鶴林.油氣管道失效控制技術[J].油氣儲運，2011，30(6)：401-410.

[34] 李鶴林，李平全，馮耀榮.石油鉆柱失效分析及預防[M].北京：石油工業出版社，1999:2.

Progress and Prospect on Technology of Petroleum Tubular Goods Engineering

FENG Yaorong, ZHANG Guanjun, LI Helin

(StateKeyLaboratoryforPerformanceandStructureSafetyofPetroleumTubularGoodsandEquipmentMaterials,CNPCTubularGoodsResearchInstitute,Xi′an,Shaanxi710077,China)

As the set up and development of CNPC Tubular Goods Research Institute (and the predecessor), “Petroleum Tubular Goods Engineering” subject was born at the right moment. For 35 years, “Petroleum Tubular Goods Engineering” subject has gotten fast development; established research and academic exchange platform such as State Key Laboratory for Performance and Structure Safety of Petroleum Tubular Goods and Equipment Materials, and Petroleum Tubular Goods Sub-Committee of Chinese Petroleum Committee; has been building petroleum tubular goods test and research equipment systems from microstructure analysis to full size simulation test; formed the innovation team consist of academicians, experts at the national and the provincial, with reasonable major and age structure; basically formed “Petroleum Tubular Goods Engineering” core technology system; has gotten 25 authorized qualification items including international, national, and oil & gas industry among of safety, quality, measurement, standard, failure analysis; has created the mode of scientific research, quality supervision, technology service trinity, and coordination development; has made more than 100 important technology achievements, has powerfully supported the national West to East Gas Pipeline Engineering, and major oil and gas field exploration development, has promoted the homemade of petroleum tubular goods and quality performance level upgrade. In the current economic development in China, “the new normal” and low oil & gas price situation, many challenges to Petroleum Tubular Goods Engineering, and technology innovation is more urgent than ever. Needs to further inherit and develop “Petroleum Tubular Goods Engineering” subject, developing theories of failure control and service safety of petroleum tubular goods, to further stress reserve research in advance and applied basic research, breakthrough key technical of petroleum tubular goods, establish or improve the core technology system of performance and structure safety of petroleum tubular goods, strongly support the development of oil and gas industry.

petroleum tubular goods engineering; oil country tubular goods; oil & gas pipeline; materials′ performance; structure safety; failure control

中國石油天然氣集團公司應用基礎研究項目(苛刻服役條件油井管工程應用基礎研究 編號：2016A-3905)

馮耀榮，男，1960年生，教授級高工，1982年畢業于西安交通大學材料科學與工程專業，一直從事石油管材及裝備材料服役行為與結構安全研究及重大工程技術支持工作。E-mail: fengyr@cnpc.com.cn

TE973

A

2096-0077(2017)01-0001-08

10.19459/j.cnki.61-1500/te.2017.01.001

2017-01-09 編輯：屈憶欣)