石油管材及装备材料服役行为与结构安全研究进展及展望

· 2 · 油罐 材岛仪器 2 0 1 6 年 2 月 0 引 言 鉴于石油管材及装备材料在石油天然气工业中的 基础性地位和重要作用以及面临的重大共性理论和工 程技术难题， 在“ 中国石油天然气集团公司石油管工程 重点实验室” 和“ 陕西省石油管材及装备材料服役行为 与结构安全重点实验室” 的基础上 ， 国家科技部批复建 立了“ 石油管材及装备材料服役行为与结构安全国家重 点实验室” 。经过 3 0 余年的努力开拓 ， 我国石油管材及 装备材料服役行为与结构安全研究已取得 了若干重要 进展。已初步形成“ 石油管工程学” 、 “ 材料服役安全工 程学” 、 “ 石油管安全工程学” 、 “ 石油管材及装备材料服 役行为与结构安全” 等新型交叉学科¨ 。本学科涉及 石油天然气工程、 材料科学与工程( 材料学、 材料物理、 材料化学、 材料加工工程) 、 冶金工程、 机械工程、 力学 ( 弹塑性力学、 断裂力学、 管柱力学、 流体力学、 岩土力 学 ) 、 安全科学 技 术和安 全工 程、 计 算机科 学 与技 术 、 化 学、 物理等学科， 具有多学科交叉的显著特点 ， 因此 ， 本 学科的发展与多学科 的并行及耦合交互发展密切相关 。 本文结合国家重点实验室建设与运行 ， 就加强石油管材 及装备材料服役行为与结构安全研究 的重要意义、 研究 进展、 发展目 标、 研究方向等问题进行论述， 以促进石油 管材及装备材料服役安全学科的发展。 1 加强石油管材及装备材料服役行为 与结构安全研 究的重要意义 石油管材及装备是石油天然气工业的基础， 年耗资 达千亿元， 石油管材及装备的安全可靠性和使用寿命对 石油工业关系重 大 ， 其 失 效会 导致 巨大经济 损 失、 人 员 伤亡 、 环境 污染和 社会 影 响 ， 其质 量 和性 能对 石 油天 然 气工业 采用先进工艺 和增产增效有重要影 响。 以油气井管柱及其构件为例 ， 约占油气 田装备总资 产的6 0 ％， 占 建井成本的2 0 ％ ～ 3 0 ％。我国每年消耗油 井管约3 5 0 万吨， 耗资约 2 5 0 亿元。套管柱的寿命基本 上决定 了油气井的寿命， 油管柱是产油出气 的唯一通 道 ， 而钻柱是钻井的关键工具。在复杂的拉、 压、 弯、 扭、 剪切及复合应力状态和温度及 C O ： 、 H ： S 、 C 1 一 等腐蚀介 质的共 同作用下 ， 油气井管柱极易发生失效。例如： 我 国西部深井超深井套管失效导致报废直接经济损失上 ......