管材醫(yī)生馮春

文／宋雅聰

●哪里有需求，馮春就到哪里去。 供圖/宋雅聰

他，響應(yīng)投身西部、在國(guó)民經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場(chǎng)一線基層建功立業(yè)精神號(hào)召，主動(dòng)放棄留京就業(yè)機(jī)會(huì)，選擇到中國(guó)石油集團(tuán)石油管工程技術(shù)研究院（以下簡(jiǎn)稱管研院）從事油氣井管材失效分析與結(jié)構(gòu)材料應(yīng)用研究科研工作。

他，無(wú)論荒漠腹地還是戈壁灘涂，哪里有油氣勘探生產(chǎn)管材與裝備技術(shù)需求，就把足跡留在哪里，以“為中國(guó)能源事業(yè)發(fā)展奮斗終生”為理想信念，把論文寫在祖國(guó)大地上，踐行科研工作者的初心使命。

他，是管研院油井管與管柱研究所副所長(zhǎng)馮春，第二十九屆孫越崎能源科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)青年科技獎(jiǎng)獲得者。

常駐油氣田現(xiàn)場(chǎng)

2010 年，馮春從清華大學(xué)材料科學(xué)與工程專業(yè)畢業(yè)，獲得工學(xué)博士學(xué)位。進(jìn)入工作崗位后，他主動(dòng)要求到我國(guó)西氣東輸、深層油氣開(kāi)發(fā)等國(guó)家重大工程基層一線開(kāi)展科研工作。

油氣勘探開(kāi)發(fā)井分布地域遼闊，而且多遠(yuǎn)離城市，自然條件惡劣，工作環(huán)境艱苦。但工作十年來(lái)，馮春以科研攻關(guān)奉獻(xiàn)愛(ài)國(guó)之心的赤誠(chéng)從未改變?！暗阶鎳?guó)最需要的地方去，到科研一線去，勇攀科技高峰”，是他的座右銘。

“實(shí)際工作中，我們就是石油管材醫(yī)生，要去油氣田現(xiàn)場(chǎng)坐診，收集數(shù)據(jù)、采集證據(jù)。取回樣品后，盡快地利用先進(jìn)儀器設(shè)備開(kāi)展分析研究工作。”馮春說(shuō)。

在高壓油氣井鉆采現(xiàn)場(chǎng)，他和石油工人同吃同住，采集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)。針對(duì)國(guó)家西氣東輸、深層油氣開(kāi)發(fā)等重大工程建設(shè)中，塔里木、西南、長(zhǎng)慶、新疆等重點(diǎn)油氣田油井管斷裂、泄漏等失效事故多發(fā)問(wèn)題，他作為石油管材服役行為及失效預(yù)防團(tuán)隊(duì)主要研究人員，做了大量現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查研究及失效分析工作。

失效分析的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查與實(shí)驗(yàn)室分析工作，可以用爭(zhēng)分奪秒、異常復(fù)雜、要求極高來(lái)形容。腿累、腦累不說(shuō)，很多場(chǎng)合由于油田和生產(chǎn)廠工程進(jìn)度要求心切或者看問(wèn)題角度不同，失效分析科研人員的工作往往不被理解。

“我們需要承擔(dān)向油氣田管理者、現(xiàn)場(chǎng)施工操作人員、物資管理部門、生產(chǎn)廠等各方進(jìn)行大量的分析解釋工作，因此嘴也累。唯一不累的就是心了，因?yàn)樾闹杏袏^斗的理想、有勇攀科技高峰的信念。”馮春說(shuō)。

致力管材失效分析

油氣井管材是油氣鉆采最重要的基礎(chǔ)設(shè)施，承擔(dān)著形成井通道、支撐井壁及油氣輸送等重要作用。其服役性能直接決定了油氣資源的可鉆采能力以及油氣井的安全和壽命。

20 世紀(jì)90 年代以前，我國(guó)油氣井管材國(guó)產(chǎn)化率不足5%，長(zhǎng)期依賴進(jìn)口。在以李鶴林院士等為代表的一代管研院人的艱苦卓絕努力下，至2012 年，我國(guó)石油工業(yè)基本全面實(shí)現(xiàn)了API 管材的全面國(guó)產(chǎn)化。

油氣田鉆采工況中，管柱服役條件苛刻，服役環(huán)境復(fù)雜，管材失效往往無(wú)前兆，而一旦發(fā)生失效，油氣井開(kāi)發(fā)作業(yè)將受到極大影響。API 管材國(guó)產(chǎn)化初期，受現(xiàn)場(chǎng)使用技術(shù)、管材質(zhì)量控制等技術(shù)發(fā)展水平限制，油氣田現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)了較多的管柱失效問(wèn)題。

“油氣井管材失效對(duì)于油氣井生產(chǎn)影響巨大，輕則生產(chǎn)停滯，嚴(yán)重的井毀人亡、環(huán)境污染。特別是高壓氣井投資數(shù)億元，一旦管材失效，可能導(dǎo)致數(shù)億元投資損失。”馮春說(shuō)。

可以說(shuō)，越早查明管材失效事故原因，對(duì)于油氣鉆采生產(chǎn)安全就越主動(dòng)。但是，受油氣井管材服役的復(fù)雜環(huán)境和多因素耦合影響，失效分析涉及力學(xué)、材料學(xué)、石油工程等多學(xué)科，分析過(guò)程難度極大。就像是醫(yī)生看病，既需要“把脈”還需要做各種檢測(cè)，最后綜合診斷，獲得結(jié)論、對(duì)癥下藥。

馮春勇于擔(dān)當(dāng)重任。在管研院老一輩專家研究工作的基礎(chǔ)上，更深層次地查明了復(fù)雜工況管材服役行為與失效機(jī)理，進(jìn)一步完善了典型油氣井管材選材評(píng)價(jià)方法及失效預(yù)防技術(shù)體系，顯著降低了油井管材失效概率，創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益數(shù)十億元，為西氣東輸、深層油氣開(kāi)發(fā)等國(guó)家重大工程項(xiàng)目的建設(shè)做出了貢獻(xiàn)。

他的相關(guān)工作促進(jìn)了多項(xiàng)國(guó)產(chǎn)化技術(shù)的進(jìn)步。例如，通過(guò)失效分析發(fā)現(xiàn)了因國(guó)產(chǎn)化管材冶金夾雜物控制和檢測(cè)指標(biāo)范圍相對(duì)過(guò)寬，造成管材在服役環(huán)境下出現(xiàn)斷裂失效?！案鶕?jù)我們的失效分析結(jié)論，油田提前研判，將所有該類型油管接頭進(jìn)行了全部替換，有效避免了大規(guī)模管柱失效帶來(lái)的數(shù)十億元重大經(jīng)濟(jì)損失，保障了油氣生產(chǎn)和勘探開(kāi)發(fā)的正常開(kāi)展?！瘪T春說(shuō)。

同時(shí)，將管材失效研究認(rèn)識(shí)與相關(guān)成果應(yīng)用于管材生產(chǎn)實(shí)踐，提升了國(guó)產(chǎn)化產(chǎn)品的適用性，顯著推動(dòng)了我國(guó)油氣井管材制造企業(yè)的技術(shù)進(jìn)步。例如，形成的塔里木山前超深氣井小井眼鉆具評(píng)價(jià)方法、13Cr 油管接頭密封結(jié)構(gòu)改進(jìn)建議及評(píng)價(jià)新方法，提出的臺(tái)盆區(qū)超深油井用抗硫油管冶金質(zhì)量提升建議、氣密封油套管上扣扭矩質(zhì)量控制新方法、修復(fù)油管檢測(cè)新方法等多項(xiàng)失效預(yù)防新方法新技術(shù)，為所在研究團(tuán)隊(duì)在復(fù)雜工況油套管失效控制技術(shù)及工程應(yīng)用項(xiàng)目整體取得數(shù)十億元經(jīng)濟(jì)效益做出了貢獻(xiàn)。

此外，他提出的非均質(zhì)氣藏油管密封及適用性評(píng)價(jià)新方法、火驅(qū)井點(diǎn)火工藝優(yōu)化及內(nèi)襯高溫合金套管等套損防治新方法、注水井用油管失效預(yù)防措施等，在西南、遼河、新疆等油氣田應(yīng)用，每年為油田創(chuàng)造效益數(shù)億元以上。

立志高端材料研發(fā)

入地比上天更難。隨著我國(guó)油氣資源開(kāi)發(fā)深入，面對(duì)淺層資源日益枯竭，深層及超深層油氣開(kāi)發(fā)日趨增多的趨勢(shì)，開(kāi)發(fā)具有輕量化、高耐蝕等性能的油氣井管材，對(duì)于提升我國(guó)油氣勘探開(kāi)發(fā)能力具有極其重要的意義。

但是，深井超深井所用的具有輕量化、耐腐蝕等性能的鋁/鈦合金高端非API 管材，相關(guān)技術(shù)基本被美國(guó)、俄羅斯等國(guó)家壟斷，產(chǎn)品價(jià)格高昂并嚴(yán)格限制出口。

“中國(guó)人不可能掌握鋁合金鉆桿技術(shù)?！薄耙援?dāng)前的技術(shù)水平，生產(chǎn)高端鋁/鈦合金鉆桿是我們下一代人的事?！薄?/p>

聽(tīng)著國(guó)內(nèi)外同行這樣的評(píng)價(jià)，“我當(dāng)時(shí)憋了一股子勁，暗下決心一定要搞出我們自己的極端環(huán)境下使用的鋁/鈦合金等高端管材，為我國(guó)石油鉆井的高效安全以及石油工業(yè)向深層發(fā)展提供技術(shù)儲(chǔ)備和支撐。”馮春說(shuō)。

深感重任在肩的他，針對(duì)國(guó)家陸上及海洋大型油氣田建設(shè)工程中，超深井鉆井效率低、鉆機(jī)負(fù)荷高等問(wèn)題，通過(guò)夜以繼日的努力，提出了鋁合金、鋁/鈦合金鉆桿系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、選材、評(píng)價(jià)及使用理論體系。

他負(fù)責(zé)研制的鋁/鈦合金鉆桿在塔里木油田、西北油田等重點(diǎn)油氣田實(shí)現(xiàn)了成功下井應(yīng)用，顯著提高了超深井鉆井效率30%以上，降低鉆機(jī)負(fù)載30%以上，提高鉆井能力30%以上。相關(guān)技術(shù)打破了國(guó)外的長(zhǎng)期技術(shù)壟斷，為解決我國(guó)超深井高效安全鉆井問(wèn)題提供了重要的技術(shù)儲(chǔ)備和技術(shù)支撐。國(guó)家科技部將鈦合金鉆桿下井應(yīng)用作為油氣開(kāi)發(fā)典型成果，與核電、北斗衛(wèi)星等成果一起，在科技部重大專項(xiàng)首頁(yè)上作為“十三五”重大成果進(jìn)行專題報(bào)道。

針對(duì)我國(guó)大量石油注水井管材防腐需求，他采用石墨烯先進(jìn)材料改性工藝，在高性能環(huán)氧/酚醛/聚氨酯等基料中，將單層或多層石墨烯納米材料有機(jī)分散或接枝改性，獲得了致密、均勻的涂層結(jié)構(gòu)。通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)，在不增加現(xiàn)有涂層價(jià)格條件下，顯著提高現(xiàn)有涂層油管的抗高溫老化、耐磨損、耐Cl-及酸性油氣環(huán)境損傷等性能，制定了國(guó)內(nèi)首個(gè)石油管材石墨烯涂層選材設(shè)計(jì)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)。在長(zhǎng)慶、遼河等重點(diǎn)油氣田實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，推動(dòng)了石墨烯先進(jìn)材料在油氣領(lǐng)域的應(yīng)用。

創(chuàng)新永遠(yuǎn)在路上

針對(duì)油氣生產(chǎn)的現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)需求，依托承擔(dān)的30 余項(xiàng)國(guó)家科技重大專項(xiàng)、中國(guó)石油集團(tuán)及重點(diǎn)油氣田等科研項(xiàng)目，馮春科研成果豐碩。累計(jì)發(fā)表論文50 余篇，授權(quán)發(fā)明專利20 余項(xiàng)，制修訂國(guó)家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)8 項(xiàng)，獲省部級(jí)科技獎(jiǎng)勵(lì)10項(xiàng)、局級(jí)獎(jiǎng)11 項(xiàng)。

雖然已經(jīng)取得了累累科研碩果，但馮春深知石油管材材料的科技創(chuàng)新引領(lǐng)了石油工業(yè)的變革，科技創(chuàng)新永遠(yuǎn)在路上。

●馮春收獲了豐碩的科研成果。 供圖/宋雅聰

1859 年，美國(guó)人將第一根鐵管代替竹木材料打入地層用于封堵地層水，標(biāo)志著現(xiàn)代石油工業(yè)的誕生。石油工業(yè)的勘探開(kāi)發(fā)能力隨著材料結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的提升而不斷增加。油氣井管柱材質(zhì)從最初的生/熟鐵到碳鋼、高強(qiáng)度鋼、不銹鋼、（鐵）鎳基合金材料、鋁合金、鈦合金等，井筒管柱深度極限從最初采用鐵質(zhì)材料的幾百米到當(dāng)前采用鋁合金材料的12262米。管柱材料與結(jié)構(gòu)科技創(chuàng)新顯著提升了人類的鉆井能力。

“以高性能結(jié)構(gòu)材料技術(shù)、石墨烯納米材料技術(shù)、3D 打印技術(shù)、人工智能技術(shù)、5G、大數(shù)據(jù)等為代表的新一代技術(shù)，與油氣井管柱技術(shù)的深度融合，必將顯著提升人類對(duì)于地球深部油氣資源的勘探開(kāi)發(fā)能力?！瘪T春說(shuō)，“我將繼續(xù)努力，勇攀科技高峰，在落實(shí)科技創(chuàng)新引領(lǐng)高質(zhì)量發(fā)展戰(zhàn)略中當(dāng)好踐行者和推動(dòng)者，為服務(wù)國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)、促進(jìn)國(guó)家能源科技進(jìn)步奮斗終身！”