我国石油天然气管材再制造发展战略研究

“我国石油天然气管道再制造发展战略研究”课题组

中国工程科学 ›› 2017, Vol. 19 ›› Issue (3) : 66 -71.

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中国工程科学 ›› 2017, Vol. 19 ›› Issue (3) : 66 -71. DOI: 10.15302/J-SSCAE-2017.03.010
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我国石油天然气管材再制造发展战略研究

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Research on Development Strategies for the Remanufacturing of China’s Oil and Gas Pipelines

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摘要

管材作为石油天然气勘探、开采、运输的重要材料，由于腐蚀、磨损、结垢造成的管材失效，而被大量废弃，在油田堆积如山，造成了巨大的资源浪费和环境污染。本文分析石油天然气废旧管材的处理现状及存在的问题，利用先进的再制造技术对管材再制造的经济效益、社会效益和环境效益进行了论证，提出自主创新的石油天然气管材再制造产业模式及发展建议，为我国石油天然气行业降本增效和节能减排目标的实现提供新理念、新技术，为促进石油天然气行业循环经济的建设提供决策建议。

Abstract

Although they are an important means of prospecting, exploiting, and transporting oil and gas, many oil and gas pipelines have largely been abandoned due to tubing failure caused by corrosion, wear and tear, and scaling. Pipelines are piling up in oilfields,resulting in an enormous waste of resources, as well as environmental pollution. This paper analyzes the treatment status and existing problems of oil and gas pipelines waste. Using an advanced remanufacturing technology, it demonstrates the economic, social, and environmental benefits of remanufacturing pipelines. In addition, this paper suggests an industrial mode for the remanufacturing of China's oil and gas pipelines, and describes some development proposals to promote independent innovation. These authors present a new concept and new technology that will decrease costs and increase benefits in China's oil and gas industry, achieve the goal of energy conservation and emissions reduction, and promote the construction of a circular economy in the oil and gas industry.

关键词

石油 / 天然气 / 管材 / 再制造

Key words

石油 / 天然气 / 管材 / 再制造 / oil / gas / pipelines / remanufacturing

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“我国石油天然气管道再制造发展战略研究”课题组. 我国石油天然气管材再制造发展战略研究[J]. 中国工程科学, 2017, 19(3): 66-71 DOI:10.15302/J-SSCAE-2017.03.010

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石油天然气作为基础能源被广泛应用于人类 生活的各个领域，已成为社会生产力发展的主要 促进因素。随着石油行业大量新油井的不断投 产，管材使用量呈逐年递增的趋势。中国石油天 然气集团公司国内的 15 个油田，拥有井下油管近 4.4×108 m，约为 4×106 t；中国石油化工集团公司 国内的 12 个主要油田，拥有井下油管 2.2×108 m， 约为 2×106 t [1]。

一、 我国石油天然气管材报废、修复现状及 存在的问题

（一）石油天然气管材报废现状

由于油气中含有 H2S、CO2 等气体，以及管材 所处地的土壤盐碱化程度、地下水矿化度、氯离子 含量等介质因素，造成管线内外的腐蚀。此外，由 于油井广泛采用注水开采，随着开采年限增加，含 水率逐年上升，一些老油井含水率超过 80 %，这些 诱因导致管线出现锈蚀、穿孔、泄露、爆管等，严 重影响油气田的安全生产及周边环境。据统计，国 内油气田每年报废的油管约为 7×105 t [1]。

（二）石油天然气管材修复现状

目前采用的管材修复技术仍为传统处理技术。 以油管为例，油管修复工艺的一般程序为：分选— 清洗—校直—探伤—车螺纹—换接箍—试压—通 径。从图 1 中可以看出，传统油管修复过程仅仅是 旧油管的分选过程，油管腐蚀、磨损所造成的缺陷 并没有从根本上得到修复。而仅有少量的油管可以 采用一些简单的修复技术进行修复，且修复率有限。 而且油管在初选、探伤、试压、通径环节中都会有 产品报废的情况发生，进而导致人力、物力、财力 的浪费。

传统处理技术只是对废旧管材进行简单的处 理，并没有对管材的性能进行提升，管材的使用寿 命仍为其自身的剩余寿命，修复后的管材仅有少量 能进行降级使用，而大部分作为油田报废材料堆放 在料场，只能作为资产账目上的数字存在，彻底失 去价值，造成极大的浪费。

图 2 我国石油天然气管材再制造技术及管理体系

（三）石油天然气管材再制造关键核心技术

1. 绿色清洗技术

借助清洗设备或清洗液，采用机械、物理、化 学或电化学方法，去除管材表面及内壁附着的油脂、 锈蚀、泥垢、积碳等污染物，使管材表面达到所要 求的清洁度。常用的清洗技术有：热能清洗技术、 流液清洗技术、压力清洗技术、喷射清洗技术、泡 沫喷射清洗技术、高压水射流清洗技术、摩擦与研 磨清洗技术、电解清洗技术、超声波清洗技术等。

2. 无损检测与寿命评估技术

在不破坏材料完整性的基础上对管材内部、表 面 / 近表面质量性能进行评价，通过光、电、声、 磁等技术分别对再制造前的管材开展无损检测，以 及再制造后的管材进行寿命预测评估。目前已有多 种无损检测技术引入到管材再制造的质量控制领 域，其中超声检测、射线检测、涡流检测、磁粉检 测和渗透检测是最为常用的五种无损检测技术。

3. 表面工程技术

表面工程技术是再制造的核心环节。通过利用 各种表面工程技术、材料加工技术等使损伤失效零 件恢复尺寸和性能，达到零件服役要求。我国自主 创新的再制造模式是基于先进表面工程的“尺寸恢 复”与“性能提升”方法，利用先进的表面工程技术， 将失效零件恢复到原尺寸，并保证其质量和性能不 低于原型新品，大大降低了生产成本，最大限度地 满足了节能减排的的要求。根据石油天然气管材失 效形式、损伤程度和服役性能要求，纳米复合电刷 镀、热喷涂、离心自蔓延、纳米涂料等表面工程技 术可对其进行再制造。

（四）石油天然气管材再制造效益分析

1. 经济效益

（1）直接经济效益

据统计，每米新油管及防腐费用需 120 元，而 废旧油管再制造成金属陶瓷复合油管为 69 元，每 米可节约 51 元。 再 制 造 5×105 t 废 旧 油 管（ 约 5.5×107 m），可节省投资约 28.05 亿元 [4]。另按照 国家“以旧换再”可获 10% 补贴的政策，可获补贴 4 亿元。就再制造企业而言，再制造 5×105 t 废旧油 管，企业可创造产值 40 亿元，上缴税金 5 亿元。

（2）间接经济效益

5×105 t 再制造油管可用于 4 万口油水井，按 分别提升注水井和油井的 50 %和 20 % 修井周期统 计，注水井、油井分别减少修井 1~2 次，间接减少 经费投入 12 亿元。

2. 社会效益

（1）减少安全隐患

油气管道的安全直接影响企业生产秩序、地方 经济发展、社会稳定以及国家能源的安全供应。油 气管道一旦失效，不仅会造成巨大的经济损失，还 极易破坏环境，引起人员伤亡等重大事故 [5]。再 制造管材不仅可以使废旧管材尺寸得以恢复，同时 可以提高其性能。其防腐性能是原型新品的 5 倍以 上，耐磨性能较新品提升 3 倍，抗结垢性能是新品 的 2 倍，可以大大提高管材的服役性能。

（2）增加就业岗位

再制造属于劳动密集型产业，石油天然气废旧 管材再制造过程中所涉及的回收、拆解、检测、表 面工程技术、机械加工等环节将带动一批相关产业， 解决就业问题。据统计，再制造 5×105 t 废旧管材， 可提供 3 000 个就业岗位。

3. 环境效益

（1）节材方面

管材再制造是直接利用废旧管材进行生产。原 管材在第一次制造中的大部分材料（85 % ~ 95 %） 和能源（约 85 %）得到了保存，减少了因新管材生产所需材料和能源对原生矿产的开采。同时再制造 油管使用寿命是普通油管的 3 倍以上，可节省两份 新管的投入。据此计算，5×105 t 废旧油管再制造， 可节省钢材 1.68×106 t。

（2）节能、减排方面

再制造作为循环经济的重要形式，能够极大地 节约能源，减少温室气体的排放。再制造 5×105 t 油管较制造新油管节能 93 %，可节约 1.73×106 t 标准煤，节水约 7.56×106 t，减少 CO2 排放量约 3.36×106 t。 综上所述，管材再制造减少了废旧管材的环保 处理量和新品的生产量 , 降低了环境污染，增加了 就业机会，具有显著的经济效益、社会效益和环境 效益，可为石油化工行业的降本增效、节能减排目 标的实现提供技术支撑。

三、我国石油天然气管材再制造发展建议

石油天然气管材再制造以节约资源、节省能源、 保护环境为特色，以信息技术、纳米技术、生物技 术等高新技术为核心 , 充分开发和利用废旧管材蕴 含的价值，缓解资源短缺与浪费的矛盾，降低因大 量失效、报废管材所造成的环境污染，是废旧管材 资源化的最佳途径 [6]。目前我国石油天然气管材 再制造产业仍处于起步发展阶段，为更加科学合理 地推进我国石油天然气管材再制造产业的发展，提 出如下建议。

（一）推广普及管材再制造理念，提升管材再制造 的认知度

石油天然气管材再制造目前在我国刚刚兴起， 了解管材再制造的企业不多，应用的企业更少。为 了提高对管材再制造的认知，需运用多种方法开展 多种形式的管材再制造产业宣传活动，积极推广管 材再制造产品的使用，加强对管材再制造的节能减 排、降本增效等优势的报道，提升管材再制造的“品 牌”认知度。

（二）建立石油天然气管材再制造“政产学研用” 协同创新体系

以政府为引导，高校、科研院所为技术创新 支撑，企业为技术创新主体，深化“政产学研用” 的深度融合，加强各类创新主体之间的协同作用， 提升我国石油天然气管材再制造行业的协同创新 能力。

（三）完善石油天然气管材再制造标准体系与法律 体系

积极推进管材再制造的质量标准、技术标准、 管理标准等标准体系的建立，重点围绕废旧管材的 设计、回收、拆卸、清洗、检测、再制造加工、检 验等操作的规范性，健全我国石油天然气管材再制 造标准体系与法律法规。

（四）积极推进自主创新的管材再制造产业模式

石油天然气管材再制造产业应结合其自身特 点，以全寿命周期理论为指导，以“恢复尺寸、提 升性能”的表面工程技术为依托，“产学研”相结合， 加大力度推进既循环又经济的再制造产业模式。推 进高效拆解、绿色清洗、无损检测、寿命评估、先 进表面工程技术等绿色、高效再制造关键技术在管 材再制造行业中的应用，确保管材再制造产品质量， 结合互联网 + 等技术建立管材再制造逆向物流管理 和评估平台，通过与正向物流链接 , 利用信息流引 导控制技术流、设备流、材料流和人员流，围绕全 寿命周期理论构建管材再制造服务体系。促进国家 循环经济的发展。

（五）加强石油天然气管材再制造产品认证

石油天然气管材再制造认证工作的开展，可 以提高企业及产品在消费者心中的认可度，增强 消费者对再制造产品在可靠性、安全性等方面的 认知。为了使石油天然气管材再制造获得良好的 发展环境，不仅要对再制造管材的质量进行认证， 还应对再制造企业的资质和再制造企业管理体系 进行认证，建立石油天然气管材再制造产品认证 目录。

（六）围绕“一带一路”战略，带动石油天然气管 材再制造产业“走出去”

随着国家“一带一路”战略布局的持续推进， 以俄罗斯、哈萨克斯坦、土库曼斯坦、阿塞拜疆、 伊朗、沙特阿拉伯等为代表的“一带一路”主要 资源国的多数油气资源已经基本钻探完成，发现大型油田的可能性越来越小，油田开采成本日趋 增加。与此同时大多油田均已步入开发后期，与 之相伴的管材维修保养、报废等问题也会随之而 来，这就为我国的石油天然气管材再制造产业走 向世界提供了机遇，一方面可为我国带来巨大的 经济利益，另一方面也将提升我国石油天然气行 业的核心竞争力。

致谢

《我国石油天然气管道再制造发展战略研究》 项目研究历时 1 年，感谢中国工程院管理学部的立 项支持以及在项目研究过程中的指导，感谢孙永福、 王玉普、李鹤林、袁晴棠、胡文瑞等院士及中国石 油集团勘探开发研究院、宁夏石油装备再制造有限 公司等相关单位对项目的指导和支持。

参考文献

原文顺序 | 出版日期 | 本文引用
[1]

于洋. 再制造让废旧油管重生——访中国工程院院士徐滨士 [J]. 中国石油石化, 2014 (15): 12–16.
[2]

徐滨士. 装备再制造工程的理论与技术 [M]. 北京: 国防工业出版社, 2007.
[3]

徐滨士. 再制造与循环经济 [M]. 北京: 科学出版社, 2007.
[4]

吴晨. 一个利国利民新产业——我国废旧油管再制造技术突破及发展潜力情况调查 [N]. 石油商报, 2014-06-27(1).
[5]

孙浩然. 国外油气管道安全保护对我们的启示 [J]. 中小企业管理与科技, 2015 (11): 129.
[6]

郑天阳. 再制造让循环经济焕发生机 [N]. 科学导报, 2015-08-14(3).

基金资助

中国工程院咨询项目“我国石油天然气管道再制造发展战略研究”(2015-XY-28)()

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