管材医生冯春

文／宋雅聪

●哪里有需求，冯春就到哪里去。 供图/宋雅聪

他，响应投身西部、在国民经济主战场一线基层建功立业精神号召，主动放弃留京就业机会，选择到中国石油集团石油管工程技术研究院（以下简称管研院）从事油气井管材失效分析与结构材料应用研究科研工作。

他，无论荒漠腹地还是戈壁滩涂，哪里有油气勘探生产管材与装备技术需求，就把足迹留在哪里，以“为中国能源事业发展奋斗终生”为理想信念，把论文写在祖国大地上，践行科研工作者的初心使命。

他，是管研院油井管与管柱研究所副所长冯春，第二十九届孙越崎能源科学技术奖青年科技奖获得者。

常驻油气田现场

2010 年，冯春从清华大学材料科学与工程专业毕业，获得工学博士学位。进入工作岗位后，他主动要求到我国西气东输、深层油气开发等国家重大工程基层一线开展科研工作。

油气勘探开发井分布地域辽阔，而且多远离城市，自然条件恶劣，工作环境艰苦。但工作十年来，冯春以科研攻关奉献爱国之心的赤诚从未改变。“到祖国最需要的地方去，到科研一线去，勇攀科技高峰”，是他的座右铭。

“实际工作中，我们就是石油管材医生，要去油气田现场坐诊，收集数据、采集证据。取回样品后，尽快地利用先进仪器设备开展分析研究工作。”冯春说。

在高压油气井钻采现场，他和石油工人同吃同住，采集现场数据。针对国家西气东输、深层油气开发等重大工程建设中，塔里木、西南、长庆、新疆等重点油气田油井管断裂、泄漏等失效事故多发问题，他作为石油管材服役行为及失效预防团队主要研究人员，做了大量现场调查研究及失效分析工作。

失效分析的现场调查与实验室分析工作，可以用争分夺秒、异常复杂、要求极高来形容。腿累、脑累不说，很多场合由于油田和生产厂工程进度要求心切或者看问题角度不同，失效分析科研人员的工作往往不被理解。

“我们需要承担向油气田管理者、现场施工操作人员、物资管理部门、生产厂等各方进行大量的分析解释工作，因此嘴也累。唯一不累的就是心了，因为心中有奋斗的理想、有勇攀科技高峰的信念。”冯春说。

致力管材失效分析

油气井管材是油气钻采最重要的基础设施，承担着形成井通道、支撑井壁及油气输送等重要作用。其服役性能直接决定了油气资源的可钻采能力以及油气井的安全和寿命。

20 世纪90 年代以前，我国油气井管材国产化率不足5%，长期依赖进口。在以李鹤林院士等为代表的一代管研院人的艰苦卓绝努力下，至2012 年，我国石油工业基本全面实现了API 管材的全面国产化。

油气田钻采工况中，管柱服役条件苛刻，服役环境复杂，管材失效往往无前兆，而一旦发生失效，油气井开发作业将受到极大影响。API 管材国产化初期，受现场使用技术、管材质量控制等技术发展水平限制，油气田现场出现了较多的管柱失效问题。

“油气井管材失效对于油气井生产影响巨大，轻则生产停滞，严重的井毁人亡、环境污染。特别是高压气井投资数亿元，一旦管材失效，可能导致数亿元投资损失。”冯春说。

可以说，越早查明管材失效事故原因，对于油气钻采生产安全就越主动。但是，受油气井管材服役的复杂环境和多因素耦合影响，失效分析涉及力学、材料学、石油工程等多学科，分析过程难度极大。就像是医生看病，既需要“把脉”还需要做各种检测，最后综合诊断，获得结论、对症下药。

冯春勇于担当重任。在管研院老一辈专家研究工作的基础上，更深层次地查明了复杂工况管材服役行为与失效机理，进一步完善了典型油气井管材选材评价方法及失效预防技术体系，显著降低了油井管材失效概率，创造经济效益数十亿元，为西气东输、深层油气开发等国家重大工程项目的建设做出了贡献。

他的相关工作促进了多项国产化技术的进步。例如，通过失效分析发现了因国产化管材冶金夹杂物控制和检测指标范围相对过宽，造成管材在服役环境下出现断裂失效。“根据我们的失效分析结论，油田提前研判，将所有该类型油管接头进行了全部替换，有效避免了大规模管柱失效带来的数十亿元重大经济损失，保障了油气生产和勘探开发的正常开展。”冯春说。

同时，将管材失效研究认识与相关成果应用于管材生产实践，提升了国产化产品的适用性，显著推动了我国油气井管材制造企业的技术进步。例如，形成的塔里木山前超深气井小井眼钻具评价方法、13Cr 油管接头密封结构改进建议及评价新方法，提出的台盆区超深油井用抗硫油管冶金质量提升建议、气密封油套管上扣扭矩质量控制新方法、修复油管检测新方法等多项失效预防新方法新技术，为所在研究团队在复杂工况油套管失效控制技术及工程应用项目整体取得数十亿元经济效益做出了贡献。

此外，他提出的非均质气藏油管密封及适用性评价新方法、火驱井点火工艺优化及内衬高温合金套管等套损防治新方法、注水井用油管失效预防措施等，在西南、辽河、新疆等油气田应用，每年为油田创造效益数亿元以上。

立志高端材料研发

入地比上天更难。随着我国油气资源开发深入，面对浅层资源日益枯竭，深层及超深层油气开发日趋增多的趋势，开发具有轻量化、高耐蚀等性能的油气井管材，对于提升我国油气勘探开发能力具有极其重要的意义。

但是，深井超深井所用的具有轻量化、耐腐蚀等性能的铝/钛合金高端非API 管材，相关技术基本被美国、俄罗斯等国家垄断，产品价格高昂并严格限制出口。

“中国人不可能掌握铝合金钻杆技术。”“以当前的技术水平，生产高端铝/钛合金钻杆是我们下一代人的事。”……

听着国内外同行这样的评价，“我当时憋了一股子劲，暗下决心一定要搞出我们自己的极端环境下使用的铝/钛合金等高端管材，为我国石油钻井的高效安全以及石油工业向深层发展提供技术储备和支撑。”冯春说。

深感重任在肩的他，针对国家陆上及海洋大型油气田建设工程中，超深井钻井效率低、钻机负荷高等问题，通过夜以继日的努力，提出了铝合金、铝/钛合金钻杆系统的设计、选材、评价及使用理论体系。

他负责研制的铝/钛合金钻杆在塔里木油田、西北油田等重点油气田实现了成功下井应用，显著提高了超深井钻井效率30%以上，降低钻机负载30%以上，提高钻井能力30%以上。相关技术打破了国外的长期技术垄断，为解决我国超深井高效安全钻井问题提供了重要的技术储备和技术支撑。国家科技部将钛合金钻杆下井应用作为油气开发典型成果，与核电、北斗卫星等成果一起，在科技部重大专项首页上作为“十三五”重大成果进行专题报道。

针对我国大量石油注水井管材防腐需求，他采用石墨烯先进材料改性工艺，在高性能环氧/酚醛/聚氨酯等基料中，将单层或多层石墨烯纳米材料有机分散或接枝改性，获得了致密、均匀的涂层结构。通过大量实验室试验，在不增加现有涂层价格条件下，显著提高现有涂层油管的抗高温老化、耐磨损、耐Cl-及酸性油气环境损伤等性能，制定了国内首个石油管材石墨烯涂层选材设计团体标准。在长庆、辽河等重点油气田实现了现场应用，推动了石墨烯先进材料在油气领域的应用。

创新永远在路上

针对油气生产的现场技术需求，依托承担的30 余项国家科技重大专项、中国石油集团及重点油气田等科研项目，冯春科研成果丰硕。累计发表论文50 余篇，授权发明专利20 余项，制修订国家和行业标准8 项，获省部级科技奖励10项、局级奖11 项。

虽然已经取得了累累科研硕果，但冯春深知石油管材材料的科技创新引领了石油工业的变革，科技创新永远在路上。

●冯春收获了丰硕的科研成果。 供图/宋雅聪

1859 年，美国人将第一根铁管代替竹木材料打入地层用于封堵地层水，标志着现代石油工业的诞生。石油工业的勘探开发能力随着材料结构强度的提升而不断增加。油气井管柱材质从最初的生/熟铁到碳钢、高强度钢、不锈钢、（铁）镍基合金材料、铝合金、钛合金等，井筒管柱深度极限从最初采用铁质材料的几百米到当前采用铝合金材料的12262米。管柱材料与结构科技创新显著提升了人类的钻井能力。

“以高性能结构材料技术、石墨烯纳米材料技术、3D 打印技术、人工智能技术、5G、大数据等为代表的新一代技术，与油气井管柱技术的深度融合，必将显著提升人类对于地球深部油气资源的勘探开发能力。”冯春说，“我将继续努力，勇攀科技高峰，在落实科技创新引领高质量发展战略中当好践行者和推动者，为服务国民经济建设、促进国家能源科技进步奋斗终身！”