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关于申报2021年河北省科技进步奖的公示

时间:2021-06-04 | 作者:吴维新 | 浏览次数:0

一、项目名称:高性能油气输送用非金属柔性复合管制备及产业化

二、提名单位:衡水市人民政府

三、项目简介:

项目属于石油、天然气储存与运输工程学科。非金属柔性复合管较传统钢管具有耐腐蚀、防结垢的优势,适合在沙漠、沼泽、深海等复杂环境和高矿化注水井中使用。由于缺少完备的设计理论体系、制备工艺和配套技术,我国早期不得不依赖人为经验进行生产,这种人为经验极大限制了柔性复合管在高温高压高承载力场景下的应用。为此,项目组通过自主创新、消化引进、“产学研”结合及承担国家“863计划”、自然基金重大项目等方式开展关键技术攻关,历时十余年建立了涵盖新材料、新方法、新工艺、新装备的技术体系,实现了高性能柔性复合管的产业化制造和规模化应用。创新点如下:

(1)创建了一套适用于多场景的高性能柔性复合管设计技术体系。针对传统柔性复合管生产中缺乏选材技术和力学分析方法的困境,创新高分子材料改性配比技术,形成耐高温、耐腐蚀材料库;发展可计及多层螺旋结构的柔性复合管截面力学快速分析新方法,创建海床与洋流作用下海底管道流固耦合力学行为的试验观测平台和时域预报新技术。形成了一套适用于陆上、井下及海底的高性能复合柔性管设计技术新体系,为产品研发和制备提供理论技术支撑。

(2)创新陆上长距离高性能柔性复合管制备与快速安装技术。针对传统陆上钢制管道必须分段制造、现场安装的缺陷,自主研制双螺旋挤出装置和恒张力螺旋编织技术,实现复合柔性管长距离连续挤出;研制了便携式现场安装设备,实现了陆上管道安装效率的极大提升(1-2km/天提升至5-10km/天)。编写行业新标准,成功应用于国内外多个油气田开采中。

(3)成功研制并产业化井下高承载力智能柔性复合管及配套作业装备。针对传统井下作业中,功能电缆仅能捆绑在钢制管柱外壁而导致其磨损破坏的问题,研发了一种可嵌入多功能传感器、动力缆和信号缆的智能井下敷缆管,从根本上避免了各种功能缆在井下作业过程中的磨损破坏;自主研制井下管强抗拉双向扣压连接技术,大幅提升井下管的承载力。产品成功应用于长庆油田等100余口注水、油井中。

(4)成功研制了大口径高性能非粘结柔性海底管道,打破国外垄断。针对国产复合柔性管无法应用于管径、温度和压力要求更高海底油气输送,而不得不打包进口国外产品的困境,项目首创缠绕和牵引一体化的钢带螺旋制备技术,在国际上突破了海底管道最大口径18英寸的限制;研发管道大规模循环交联技术和螺旋钢带抗压技术,产出国内首条既抗高压又抗高温的海底管道。

   项目获国家专利授权35件(发明专利8件、新型实用专利27件),发表学术论文9篇(SCI论文5篇),制定行业标准2项。产品累积应用里程4万公里,其中海底管道42.6千米,打破了国外产品垄断;总累积产值10.14亿元,利税3.04亿元。胡文瑞院士和李鹤林院士等组成的专家组认为项目“柔性复合油气输送管及柔性复合井下管柱总体技术达到国际先进水平,柔性海底管道部分技术达到国际领先水平”。

四、主要完成单位及创新推广贡献:

河北恒安泰油管有限公司做为本项目的第一完成单位,负责本项目的总体方案设计,管线设计、生产设备研发、管线模拟实验,管线施工设计,施工设备的研发与制作及管线现场施工工作等多个角度、全方位的研究开发工作。使其产品实现产业化生产、施工、售后等一整套相应的方案。 在高性能非金属柔性复合油气输送管的优点上,研发陆地管、井下污水回柱管线和海洋软管中等。研发专业用于柔性复合连续油管在各种环境下施工的专用设备,包括柔性复合连续油管作业车,现场接头制作设备等,使复合连续油管在现场施工过程中做到,专业、安全、快捷、方便,并形成产业化在个大油田广泛推广用应用。

上海交通大学作为本项目的第二完成单位,负责本项目中理论分析方法、实验技术以及设计技术体系的研究和建立工作,充分利用科研院校的优势,创建了计及螺旋层的柔性复合管截面力学分析理论以及海底管道近壁面流固耦合分析理论,为项目研制的陆上、井下及海底复合柔性管的结构定制化设计提供理论支撑。同时,依托上海交通大学海洋工程国家重点实验室的优势资源,研制了高雷诺数下海底管道近壁面流固耦合实验观测装置,并开展了相关实验,获得了具有很高应用价值的管道流体载荷系数库,为海底管道的结构安全性、在位稳定性和路径规划提供直接输入数据。单位基于以上技术,为本项目中多个规格型号的复合柔性管设计了符合业主要求的结构型式,极大支撑了本项目的产品研制和工程应用。

河北博装柔性复合有限公司做为本项目的第三完成单位,主要负责项目试验和市场调研,同时对管线设计、管线施工设计、施工设备的研发与制作及管线现场施工工作等多个角度、全方位的研究开发工作。使其产品实现产业化生产。  

五、应用情况及效益情况:

高性能柔性复合管通过对高分子材料的改性,合理搭配密封、抗压、抗拉、保护用等原材料,攻克了具有抗井下油管结垢、耐酸碱腐蚀腐蚀、耐油气腐蚀、可弯曲、抗高压等特点的连续油管技术,成功研制并现场实验了具有自重轻、耐腐蚀、无结垢、单根长度长、施工效率高、安全性好的高性能柔性复合管及配套接头、施工工具、技术成熟, 可广泛应用于陆上油气田地面建设(天然气注醇、输油、集气、污水回注等)的油气输送管,油水井井下(分层注水、采油、测试及增产措施等)管柱及深海油气田开发所用的海底管道,用户使用反映好。

自2009年至今,项目柔性复合油气输送管系列产品主要应用于长庆油田、大庆油田、新疆油田、塔里木油田、华北油田、胜利油田等国内各大油田,累积已应用4万公里;井下管主要应用于新疆油田、长庆油田、大庆油田等中的200口井中;海洋柔性管应用于中海油渤海、南海等油田;同时还与国外俄罗斯、伊拉克、哈萨克斯坦、阿曼、阿联酋等国家油田签订协议,应用于国外油田,外贸销售收入达1850万元。

完成单位近十年实现销售收入达101379万元,利润率按20%计算,利润达20275万元,近三年实现新增销售收入35650万元,新增利润7130万元。其他应用单位应用项目成果替换钢制管线后,解决了腐蚀问题,延长了使用寿命,提高了施工效率,节约了成本,近三年经济效益达24500万元。近三年总的经济效益达60150万元,经济效益显著。

六、主要知识产权和标准规范等目录:

序号

知识产权类型

名称

授权号

日期

发明人

权利人

1

发明

一种柔性复合油管

201210377789.3

2015-11-11

孟庆义

河北恒安泰油管有限公司

2

发明

一种柔性管用内衬材料及其柔性管

201510566619.3

2017-12-12

孟庆义;赵亭;李建军;崔晓轩

河北博装柔性复合管有限公司

3

行业标准

石油天然气工业用非金属复合管第2部分:柔性复合高压输送管

SY/T6662.2-202

2020-10-21

李厚补、戚东涛、孟宇、崔晓轩、叶帆、葛鹏莉、高秋英、胡建国、商永滨

中国石油集团石油管工程技术研究院;河北恒安泰油管有限公司;中国石油化工股份有限公司西北油田分公司;西安长庆科技工程有限责任公司

4

行业标准

石油天然气工业用非金属复合管第6部分:井下用柔性复合连续管及接头

SY/T6662.6-2014

2014-10-15

李厚补、曾亚勤、戚东涛、程德宝、胡美艳、苏蕙、张军志、许晓峰

中国石油集团石油管工程技术研究院;长庆油田分公司;河北恒安泰油管有限公司

5

实用

一种非金属多功能井下连续抽油管

201922221546.0

2020-11-03

孟宇;李栋;王忠

河北恒安泰油管有限公司

6

实用

钢带预处理装置和铠装机

201621389563.5

2017-11-24

孟庆义;刘茹军

河北恒安泰油管有限公司

7

实用

一种管道铠装层缠绕设备

201820474329.5

2018-11-16

孟庆义;贾吉冉

河北恒安泰油管有限公司

8

实用

一种穿插管装置及一种修复管组

201820342464.4

2018-11-16

孟庆义;贺刚锋;崔晓轩

河北博装柔性复合管有限公司

9

实用

扣压式柔性复合输送管防腐接头

201922221341.2

2020-09-18

孟庆义;张金刚;孙彦虎

河北恒安泰油管有限公司

10

实用

一种智能可追溯柔性复合管

201720133740.1

2017-12-12

孟庆义

河北博装柔性复合管有限公司

七、主要完成人情况:

1、孟庆义,作为项目的总负责,自项目研发开始就参与该项目的管体结构的设计,功能设计,实现了产品的多功能性能及本项目的成果转化。

2、张萌萌,在本项目创新点1中做出了突出贡献,创新提出了计及螺旋层的柔性复合管截面力学特性分析理论和海底管道流固耦合分析时域预报方法,并指导了多个高分子材料和金属材料的材料测试,形成了一套复合柔性管的设计流程体系。基于此,完成了项目中多个不同规格的复合柔性管结构设计工作,为项目的顺利完成提供重要支撑。在该项目中发表SCI论文3篇,获国家发明专利授权1项。对创新点1.2和3有贡献。

3、李厚补,研究形成了油气工况环境非金属材料设计选材技术,发明了全尺寸实物柔性复合管材耐磨、抗结垢结蜡、气体渗透、弯曲等关键性能测试方法并开发出相应试验装备,第一起草人编制地面和井下用柔性复合高压输送管行业标准2项。

4、孟宇,在项目参与研发过程中结构的设计,生产设备的研发、调试及产品的实验,使产品在生产过程中提高可控性,保障了产品在使用过程中的稳定性。

5、付世晓,挪威技术科学院院士、国家杰出青年基金获得者,国家科技创新领军人才,上海市优秀学术带头人。在本项目中指导了计及螺旋层的柔性复合管截面力学特性分析理论和海底管道流固耦合分析时域预报方法的建立,作为技术负责创建了高雷诺数下海底管道近壁面流固耦合实验技术。在本项目中发表学术论文9篇,其中SCI论文5篇,获国家发明专利授权4项。对创新点1有贡献。

6、刘茹军,在项目研发过程中确定了产品工艺,生产设备的设计与开发和改造工作,实现了项目产品的量化生产。

7、许玉旺,创新设计和开发了高雷诺数下土壤-管道相互影响的流固耦合实验测试装置,开展了相应的水池模型实验,获得了计及土壤影响的海底管道振动响应和流体载荷,为海底管道流固耦合响应预报和安全强度评估提供了重要数据支撑。在该项目中发表论文2篇,获国家发明专利授权1项。对创新点1和3有贡献。

8、任浩杰,基于水下大功率伺服控制技术及多模块同步控制技术,设计和开展了高雷诺数下近壁面海底管道水动力机理实验,提出和建立近壁面海底管道水动力载荷表征模型,为海底复合柔性管道响应预报和安全强度评估提供了重要数据支撑。在该项目中发表论文1篇,获国家发明专利授权1项。对创新点1和3有贡献。

八、完成人合作关系说明

项目完成人包括孟庆义、张萌萌、李厚补、付世晓、孟宇、刘茹军、许玉旺和任浩杰。

孟庆义与孟宇、刘茹军均隶属于河北恒安泰油管有限公司,三人已有多个项目合作。本人在其中作为领导和技术总负责人,与刘茹军共同合作完成了多项专利申请(ZL201621389563.5等,见本附件6-1)。同时,孟宇和刘茹军均为本项目的主创人员(见本附件6-2),共同完成了项目创新成果的成果鉴定。

本人授权孟宇作为河北恒安泰油管公司的代表,与上海交通大学张萌萌、付世晓、许玉旺和任浩杰在多个项目上开展了密切合作,例如共同完成河北省科技重大专项项目《井下用柔性复合连续油管关键技术研究与产业化》(见本附件6-3)、以及《海洋动态柔性管道TAC认证》等项目。

张萌萌、付世晓、许玉旺和任浩杰共同任职于上海交通大学,四人合作紧密,共同发表了多篇论文,申请了多项专利(例如,ZL201910273996.6D,见本附件6-4),共同申请了国家自然基金基础科学中心等项目。其中,张萌萌与付世晓共同创建了本项目中的复合柔性管截面分析理论和海底管道流固耦合分析理论(证明材料分别见本附件6-5),并于2018年共同获得上海市科学技术奖“一等奖”[深水钻井隔水管涡激振动预报与抑制关键技术创新与应用]。

项目完成人李厚补与本人单位一直保持着紧密的合作关系,其与孟宇共同编写了复合柔性管道的行业规范SY/T 6662.2020《石油天然气工业用非金属复合管 第2部分:柔性复合高压输送管》,证明材料见本附件6-6。

完成人合作关系情况汇总表。

序号

合作方式

合作者

合作时间

合作成果

证明材料

备注

1

共同知识产权

孟庆义、刘茹军

2016

钢带预处理装置和铠装机

本附件6-1

 

2

共同完成项目

刘茹军、孟宇

2018

高性能柔性复合管的研发及工业规模化应用

本附件6-2

 

3

共同立项

孟宇、张萌萌、付世晓、许玉旺、任浩杰

2020

井下用柔性复合连续油管关键技术研究与产业化

本附件6-3

 

4

共同知识产权

张萌萌、付世晓、许玉旺、任浩杰

2019

导管土壤系统的实验模拟装置

本附件6-4

 

5

论文合著

张萌萌、付世晓

2015

Theoretical and numerical analysis of bending behavior of unbonded flexible risers

本附件6-5

 

6

共同参与标准制定

孟宇、李厚补

2020

石油天然气工业用非金属复合管 第2部分:柔性复合高压输送管

本附件6-6

 

 

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