研究方向一:在油气储运设施本质安全保障方面,形成了高钢级油气管道的焊接残余应力控制与延性断裂预测技术,解决了焊接残余应力调控和蠕变强度设计理论的瓶颈问题;获得埋地管道腐蚀检测及评价方法,形成杂散电流干扰防治技术及站场区域阴极保护技术,解决埋地管道腐蚀穿孔问题;构建了输油管道流动本质安全智能化平台,实现成品油管道复杂流动的实时仿真与智能化调节;完善湿天然气集输管道的水合物生成与分解的预测模型,形成油气管道水合物安全流动保障技术。

(1)高钢级油气管道的焊接残余应力控制与延性断裂预测技术

高钢级油气管道的焊接残余应力控制与延性断裂预测技术研究方面,形成了扩散-相变-蠕变-热弹塑性耦合的高钢级油气管道残余应力计算模型,发明了残余应力中子衍射测试技术以及基于残余应力调控的焊接制造工艺,解决了抗残余应力开裂制造准则缺失的难题;开展了全尺寸管道断裂试验方法研究与试验装置研制,解决了小尺寸试样无法提供大范围塑性变形区的问题;数值模拟了管道动态断裂过程,建立了临界CTOA计算模型,形成了基于CTOA断裂失效准则的含裂纹管道极限压力预测模型;构造了X90管线钢五种热影响组织:临界区、细晶区、粗晶区、临界粗晶区和过临界粗晶区,探究了X90管线钢金相组织的差异性对腐蚀形貌造成的影响,揭示了热影响区差异对腐蚀的影响规律,得到了不同热影响区在酸性模拟溶液中的动电位极化曲线以及交流阻抗谱,获取了热影响区在酸性介质中的电化学腐蚀特性。相关成果获中国石油和化学工业联合会技术发明一等奖,中国石油和化学工业联合会优秀教材奖一等奖,中国石油和化学工业联合会青年科技突出贡献奖;申请国际专利2项,授权发明专利6项,发表论文30余篇,培养博士和硕士研究生40余名。

(2)埋地管道腐蚀机理及防治技术

埋地管道腐蚀机理及防治技术研究方面,形成埋地管道沿线土壤腐蚀性评价方法,创新性地提管道土壤腐蚀速率评估模型和基于外腐蚀的埋地管道剩余寿命评估模型;获得金属材料的点蚀机理,提出金属材料点蚀的生长模型,形成点蚀预测及发展的CA技术;形成埋地管道阴极保护检测及评价的方法,首次提出针对沿线环境复杂多变的长输管道阴极保护设计准则,形成针对油气站场的区域阴极保护技术;构建埋地管道防腐层剥离研究实验体系,得到防腐层剥离的控制因素,形成防腐层剥离的判断方法,优化得到防止防腐层剥离的技术措施;明确了交直流干扰腐蚀机理,提出了交流干扰情况下管道腐蚀的评价标准和阴极保护范围,设计开发能够针对“公共走廊”内埋地管道的不同干扰环境,实现自动检测、自动识别、自动排流的智能化排流装置,应用于西部管道,交流干扰缓解率达100%。相关成果获中国石油和化学工业联合会专利奖优秀奖;授权发明专利4项,形成行业技术导则3项,编著教材2部,形成软件著作权1套,发表论文40余篇。

(3)输油管道流动本质安全智能化平台建设

输油管道流动本质安全智能化平台建设研究方面,建立了热含蜡原油复杂热力、水力过程的测算体系,实现了热含蜡原油管道安全停输时间的准确预警;构建了原油本体内聚合物-纳米复合材料-沥青的复杂流变理论体系,研制出了多种高效、适应性强的微纳米复合降凝剂产品;建立了成品油管道内固体颗粒-水运移的物理模型,形成了批次输送工况下的动态仿真技术,实现了成品油管道复杂流动的实时仿真与智能化调节。热油管道安全运行技术在苏丹124区外输管道开展应用,该项目的顺利实施为苏丹124区节约成本(可计算部分)1.35亿美元,折合人民币8.47亿元,维系了中石油的良好投资环境,促进了中苏两国友谊。相关成果获中国石油与化学工业联合会科技进步一等奖,延长石油(集团)有限责任公司科技成果三等奖;授权发明专利6项,出版专著1部,发表论文20余篇,其中ESI高被引论文1篇。

(4)油气管道水合物安全流动保障技术

油气管道水合物安全流动保障技术研究方面,完善了适用于复杂组分的湿天然气集输管道的水合物生成与分解的预测模型。经过普光气田及大庆油田等现场应用,水合物形成温度和压力条件预测与实际相比在±1℃以内;系统研究了油气管道中水合物颗粒聚集的形态特征及流动特性,揭示了管道中水合物颗粒的聚集堵塞机理,提出了水合物安全流动的判断方法,并设计了管道中水合物消融解堵方法;系统研究了天然气水合物开采流道内粉砂及水合物颗粒流动聚集过程的相互作用,提出了试采过程的井筒流动保障技术,已在我国多个油气田、海洋管道及2017年我国南海天然气水合物资源第一次试采中得到应用。相关成果获中国石油和化学工业联合会科技进步一等奖,海洋工程科学技术奖二等奖;请发明专利8项,授权4项,授权实用新型专利8项,发表论文30余篇。

油气储运设施本质安全保障方向重要奖励和人才称号情况表

序号

项目名称或人才称号

奖励名称或授奖机构

等级

实验室完成人

年度

1

紧凑型油气水高效分离技术及工业化应用

中国石油和化学工业联合会科技进步奖

罗小明等

2017

2

纳米碳材料的表界面调控及其物理性能增强机理

山东省自然科学奖

薛庆忠

2017

3

碳基功能材料的表界面效应原理与设计

教育部高等学校自然科学奖

二等

薛庆忠等

2017

4

海洋钻井井筒安全压力设计方法及关键技术

海洋工程科学技术奖

二等

王志远等

2017

5

自升式平台结构安全技术研发与应用

山东省科学技术奖

曹宇光

2015

6

紧凑高效换热器及工业化应用

山东省政府技术发明奖

三等

蒋文春等

2015

7

基于钻井环空井筒多相流动计算的控压钻井方法

中国专利奖

优秀奖

王志远等

2017

8

“长江学者奖励计划”青年学者

教育部

  

王志远

2017

9

山东省泰山学者特聘专家

山东省教育厅

  

王志远

2017

10

山东省自然科学杰出青年基金

山东省科技厅

  

王志远

2017

11

国家自然科学基金优青项目

国家基金委

  

王志远

2016

12

山东省泰山学者特聘教授

山东省教育厅

  

薛庆忠

2015