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          1. 資訊中心

            關于申報2021年河北省科技進步獎的公示

            時間:2021-06-04 | 作者:吳維新 | 瀏覽次數:0

            一、項目名稱:高性能油氣輸送用非金屬柔性復合管制備及產業化

            二、提名單位:衡水市人民政府

            三、項目簡介:

            項目屬于石油、天然氣儲存與運輸工程學科。非金屬柔性復合管較傳統鋼管具有耐腐蝕、防結垢的優勢,適合在沙漠、沼澤、深海等復雜環境和高礦化注水井中使用。由于缺少完備的設計理論體系、制備工藝和配套技術,我國早期不得不依賴人為經驗進行生產,這種人為經驗極大限制了柔性復合管在高溫高壓高承載力場景下的應用。為此,項目組通過自主創新、消化引進、“產學研”結合及承擔國家“863計劃”、自然基金重大項目等方式開展關鍵技術攻關,歷時十余年建立了涵蓋新材料、新方法、新工藝、新裝備的技術體系,實現了高性能柔性復合管的產業化制造和規?;瘧?。創新點如下:

            (1)創建了一套適用于多場景的高性能柔性復合管設計技術體系。針對傳統柔性復合管生產中缺乏選材技術和力學分析方法的困境,創新高分子材料改性配比技術,形成耐高溫、耐腐蝕材料庫;發展可計及多層螺旋結構的柔性復合管截面力學快速分析新方法,創建海床與洋流作用下海底管道流固耦合力學行為的試驗觀測平臺和時域預報新技術。形成了一套適用于陸上、井下及海底的高性能復合柔性管設計技術新體系,為產品研發和制備提供理論技術支撐。

            (2)創新陸上長距離高性能柔性復合管制備與快速安裝技術。針對傳統陸上鋼制管道必須分段制造、現場安裝的缺陷,自主研制雙螺旋擠出裝置和恒張力螺旋編織技術,實現復合柔性管長距離連續擠出;研制了便攜式現場安裝設備,實現了陸上管道安裝效率的極大提升(1-2km/天提升至5-10km/天)。編寫行業新標準,成功應用于國內外多個油氣田開采中。

            (3)成功研制并產業化井下高承載力智能柔性復合管及配套作業裝備。針對傳統井下作業中,功能電纜僅能捆綁在鋼制管柱外壁而導致其磨損破壞的問題,研發了一種可嵌入多功能傳感器、動力纜和信號纜的智能井下敷纜管,從根本上避免了各種功能纜在井下作業過程中的磨損破壞;自主研制井下管強抗拉雙向扣壓連接技術,大幅提升井下管的承載力。產品成功應用于長慶油田等100余口注水、油井中。

            (4)成功研制了大口徑高性能非粘結柔性海底管道,打破國外壟斷。針對國產復合柔性管無法應用于管徑、溫度和壓力要求更高海底油氣輸送,而不得不打包進口國外產品的困境,項目首創纏繞和牽引一體化的鋼帶螺旋制備技術,在國際上突破了海底管道最大口徑18英寸的限制;研發管道大規模循環交聯技術和螺旋鋼帶抗壓技術,產出國內首條既抗高壓又抗高溫的海底管道。

               項目獲國家專利授權35件(發明專利8件、新型實用專利27件),發表學術論文9篇(SCI論文5篇),制定行業標準2項。產品累積應用里程4萬公里,其中海底管道42.6千米,打破了國外產品壟斷;總累積產值10.14億元,利稅3.04億元。胡文瑞院士和李鶴林院士等組成的專家組認為項目“柔性復合油氣輸送管及柔性復合井下管柱總體技術達到國際先進水平,柔性海底管道部分技術達到國際領先水平”。

            四、主要完成單位及創新推廣貢獻:

            河北恒安泰油管有限公司做為本項目的第一完成單位,負責本項目的總體方案設計,管線設計、生產設備研發、管線模擬實驗,管線施工設計,施工設備的研發與制作及管線現場施工工作等多個角度、全方位的研究開發工作。使其產品實現產業化生產、施工、售后等一整套相應的方案。 在高性能非金屬柔性復合油氣輸送管的優點上,研發陸地管、井下污水回柱管線和海洋軟管中等。研發專業用于柔性復合連續油管在各種環境下施工的專用設備,包括柔性復合連續油管作業車,現場接頭制作設備等,使復合連續油管在現場施工過程中做到,專業、安全、快捷、方便,并形成產業化在個大油田廣泛推廣用應用。

            上海交通大學作為本項目的第二完成單位,負責本項目中理論分析方法、實驗技術以及設計技術體系的研究和建立工作,充分利用科研院校的優勢,創建了計及螺旋層的柔性復合管截面力學分析理論以及海底管道近壁面流固耦合分析理論,為項目研制的陸上、井下及海底復合柔性管的結構定制化設計提供理論支撐。同時,依托上海交通大學海洋工程國家重點實驗室的優勢資源,研制了高雷諾數下海底管道近壁面流固耦合實驗觀測裝置,并開展了相關實驗,獲得了具有很高應用價值的管道流體載荷系數庫,為海底管道的結構安全性、在位穩定性和路徑規劃提供直接輸入數據。單位基于以上技術,為本項目中多個規格型號的復合柔性管設計了符合業主要求的結構型式,極大支撐了本項目的產品研制和工程應用。

            河北博裝柔性復合有限公司做為本項目的第三完成單位,主要負責項目試驗和市場調研,同時對管線設計、管線施工設計、施工設備的研發與制作及管線現場施工工作等多個角度、全方位的研究開發工作。使其產品實現產業化生產。  

            五、應用情況及效益情況:

            高性能柔性復合管通過對高分子材料的改性,合理搭配密封、抗壓、抗拉、保護用等原材料,攻克了具有抗井下油管結垢、耐酸堿腐蝕腐蝕、耐油氣腐蝕、可彎曲、抗高壓等特點的連續油管技術,成功研制并現場實驗了具有自重輕、耐腐蝕、無結垢、單根長度長、施工效率高、安全性好的高性能柔性復合管及配套接頭、施工工具、技術成熟, 可廣泛應用于陸上油氣田地面建設(天然氣注醇、輸油、集氣、污水回注等)的油氣輸送管,油水井井下(分層注水、采油、測試及增產措施等)管柱及深海油氣田開發所用的海底管道,用戶使用反映好。

            自2009年至今,項目柔性復合油氣輸送管系列產品主要應用于長慶油田、大慶油田、新疆油田、塔里木油田、華北油田、勝利油田等國內各大油田,累積已應用4萬公里;井下管主要應用于新疆油田、長慶油田、大慶油田等中的200口井中;海洋柔性管應用于中海油渤海、南海等油田;同時還與國外俄羅斯、伊拉克、哈薩克斯坦、阿曼、阿聯酋等國家油田簽訂協議,應用于國外油田,外貿銷售收入達1850萬元。

            完成單位近十年實現銷售收入達101379萬元,利潤率按20%計算,利潤達20275萬元,近三年實現新增銷售收入35650萬元,新增利潤7130萬元。其他應用單位應用項目成果替換鋼制管線后,解決了腐蝕問題,延長了使用壽命,提高了施工效率,節約了成本,近三年經濟效益達24500萬元。近三年總的經濟效益達60150萬元,經濟效益顯著。

            六、主要知識產權和標準規范等目錄:

            序號

            知識產權類型

            名稱

            授權號

            日期

            發明人

            權利人

            1

            發明

            一種柔性復合油管

            201210377789.3

            2015-11-11

            孟慶義

            河北恒安泰油管有限公司

            2

            發明

            一種柔性管用內襯材料及其柔性管

            201510566619.3

            2017-12-12

            孟慶義;趙亭;李建軍;崔曉軒

            河北博裝柔性復合管有限公司

            3

            行業標準

            石油天然氣工業用非金屬復合管第2部分:柔性復合高壓輸送管

            SY/T6662.2-202

            2020-10-21

            李厚補、戚東濤、孟宇、崔曉軒、葉帆、葛鵬莉、高秋英、胡建國、商永濱

            中國石油集團石油管工程技術研究院;河北恒安泰油管有限公司;中國石油化工股份有限公司西北油田分公司;西安長慶科技工程有限責任公司

            4

            行業標準

            石油天然氣工業用非金屬復合管第6部分:井下用柔性復合連續管及接頭

            SY/T6662.6-2014

            2014-10-15

            李厚補、曾亞勤、戚東濤、程德寶、胡美艷、蘇蕙、張軍志、許曉峰

            中國石油集團石油管工程技術研究院;長慶油田分公司;河北恒安泰油管有限公司

            5

            實用

            一種非金屬多功能井下連續抽油管

            201922221546.0

            2020-11-03

            孟宇;李棟;王忠

            河北恒安泰油管有限公司

            6

            實用

            鋼帶預處理裝置和鎧裝機

            201621389563.5

            2017-11-24

            孟慶義;劉茹軍

            河北恒安泰油管有限公司

            7

            實用

            一種管道鎧裝層纏繞設備

            201820474329.5

            2018-11-16

            孟慶義;賈吉冉

            河北恒安泰油管有限公司

            8

            實用

            一種穿插管裝置及一種修復管組

            201820342464.4

            2018-11-16

            孟慶義;賀剛鋒;崔曉軒

            河北博裝柔性復合管有限公司

            9

            實用

            扣壓式柔性復合輸送管防腐接頭

            201922221341.2

            2020-09-18

            孟慶義;張金剛;孫彥虎

            河北恒安泰油管有限公司

            10

            實用

            一種智能可追溯柔性復合管

            201720133740.1

            2017-12-12

            孟慶義

            河北博裝柔性復合管有限公司

            七、主要完成人情況:

            1、孟慶義,作為項目的總負責,自項目研發開始就參與該項目的管體結構的設計,功能設計,實現了產品的多功能性能及本項目的成果轉化。

            2、張萌萌,在本項目創新點1中做出了突出貢獻,創新提出了計及螺旋層的柔性復合管截面力學特性分析理論和海底管道流固耦合分析時域預報方法,并指導了多個高分子材料和金屬材料的材料測試,形成了一套復合柔性管的設計流程體系?;诖?,完成了項目中多個不同規格的復合柔性管結構設計工作,為項目的順利完成提供重要支撐。在該項目中發表SCI論文3篇,獲國家發明專利授權1項。對創新點1.2和3有貢獻。

            3、李厚補,研究形成了油氣工況環境非金屬材料設計選材技術,發明了全尺寸實物柔性復合管材耐磨、抗結垢結蠟、氣體滲透、彎曲等關鍵性能測試方法并開發出相應試驗裝備,第一起草人編制地面和井下用柔性復合高壓輸送管行業標準2項。

            4、孟宇,在項目參與研發過程中結構的設計,生產設備的研發、調試及產品的實驗,使產品在生產過程中提高可控性,保障了產品在使用過程中的穩定性。

            5、付世曉,挪威技術科學院院士、國家杰出青年基金獲得者,國家科技創新領軍人才,上海市優秀學術帶頭人。在本項目中指導了計及螺旋層的柔性復合管截面力學特性分析理論和海底管道流固耦合分析時域預報方法的建立,作為技術負責創建了高雷諾數下海底管道近壁面流固耦合實驗技術。在本項目中發表學術論文9篇,其中SCI論文5篇,獲國家發明專利授權4項。對創新點1有貢獻。

            6、劉茹軍,在項目研發過程中確定了產品工藝,生產設備的設計與開發和改造工作,實現了項目產品的量化生產。

            7、許玉旺,創新設計和開發了高雷諾數下土壤-管道相互影響的流固耦合實驗測試裝置,開展了相應的水池模型實驗,獲得了計及土壤影響的海底管道振動響應和流體載荷,為海底管道流固耦合響應預報和安全強度評估提供了重要數據支撐。在該項目中發表論文2篇,獲國家發明專利授權1項。對創新點1和3有貢獻。

            8、任浩杰,基于水下大功率伺服控制技術及多模塊同步控制技術,設計和開展了高雷諾數下近壁面海底管道水動力機理實驗,提出和建立近壁面海底管道水動力載荷表征模型,為海底復合柔性管道響應預報和安全強度評估提供了重要數據支撐。在該項目中發表論文1篇,獲國家發明專利授權1項。對創新點1和3有貢獻。

            八、完成人合作關系說明

            項目完成人包括孟慶義、張萌萌、李厚補、付世曉、孟宇、劉茹軍、許玉旺和任浩杰。

            孟慶義與孟宇、劉茹軍均隸屬于河北恒安泰油管有限公司,三人已有多個項目合作。本人在其中作為領導和技術總負責人,與劉茹軍共同合作完成了多項專利申請(ZL201621389563.5等,見本附件6-1)。同時,孟宇和劉茹軍均為本項目的主創人員(見本附件6-2),共同完成了項目創新成果的成果鑒定。

            本人授權孟宇作為河北恒安泰油管公司的代表,與上海交通大學張萌萌、付世曉、許玉旺和任浩杰在多個項目上開展了密切合作,例如共同完成河北省科技重大專項項目《井下用柔性復合連續油管關鍵技術研究與產業化》(見本附件6-3)、以及《海洋動態柔性管道TAC認證》等項目。

            張萌萌、付世曉、許玉旺和任浩杰共同任職于上海交通大學,四人合作緊密,共同發表了多篇論文,申請了多項專利(例如,ZL201910273996.6D,見本附件6-4),共同申請了國家自然基金基礎科學中心等項目。其中,張萌萌與付世曉共同創建了本項目中的復合柔性管截面分析理論和海底管道流固耦合分析理論(證明材料分別見本附件6-5),并于2018年共同獲得上海市科學技術獎“一等獎”[深水鉆井隔水管渦激振動預報與抑制關鍵技術創新與應用]。

            項目完成人李厚補與本人單位一直保持著緊密的合作關系,其與孟宇共同編寫了復合柔性管道的行業規范SY/T 6662.2020《石油天然氣工業用非金屬復合管 第2部分:柔性復合高壓輸送管》,證明材料見本附件6-6。

            完成人合作關系情況匯總表。

            序號

            合作方式

            合作者

            合作時間

            合作成果

            證明材料

            備注

            1

            共同知識產權

            孟慶義、劉茹軍

            2016

            鋼帶預處理裝置和鎧裝機

            本附件6-1

             

            2

            共同完成項目

            劉茹軍、孟宇

            2018

            高性能柔性復合管的研發及工業規?;瘧?/p>

            本附件6-2

             

            3

            共同立項

            孟宇、張萌萌、付世曉、許玉旺、任浩杰

            2020

            井下用柔性復合連續油管關鍵技術研究與產業化

            本附件6-3

             

            4

            共同知識產權

            張萌萌、付世曉、許玉旺、任浩杰

            2019

            導管土壤系統的實驗模擬裝置

            本附件6-4

             

            5

            論文合著

            張萌萌、付世曉

            2015

            Theoretical and numerical analysis of bending behavior of unbonded flexible risers

            本附件6-5

             

            6

            共同參與標準制定

            孟宇、李厚補

            2020

            石油天然氣工業用非金屬復合管 第2部分:柔性復合高壓輸送管

            本附件6-6

             

             

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