《煤炭地下氣化可燃套管性能評價試驗(yàn)方法編制說明》

《煤炭地下氣化可燃套管性能評價試驗(yàn)方法》

（征求意見稿）

編制說明

一、任務(wù)來源及工作簡要過程

1.任務(wù)來源

根據(jù)“關(guān)于CSTM標(biāo)準(zhǔn)《煤炭地下氣化可燃套管性能評價試驗(yàn)方法》的立項(xiàng)公告”文件

的要求，CSTM標(biāo)準(zhǔn)《煤炭地下氣化可燃套管性能評價試驗(yàn)方法》以項(xiàng)目編號“”下達(dá)，該標(biāo)

準(zhǔn)由中國石油集團(tuán)工程材料研究院有限公司（以下簡稱“工程材料研究院”）等單位負(fù)責(zé)制

定。

2.起草單位及工作組成員

按照標(biāo)準(zhǔn)制、修訂工作程序的要求，我們成立了CSTM標(biāo)準(zhǔn)《煤炭地下氣化可燃套管

性能評價試驗(yàn)方法》項(xiàng)目工作組，起草單位包括工程材料研究院、煤層氣公司、工程技術(shù)研

究院，項(xiàng)目組由金屬材料工程、管柱力學(xué)、機(jī)械、油氣開發(fā)以及鉆井工程的專業(yè)技術(shù)人員組

成。

3.工作過程

項(xiàng)目組從2020年1月至2021年8月，完成了資料收集、標(biāo)準(zhǔn)草案編制、征求意見稿編

制等工作。簡要過程如下：

（1）資料收集：在2020年1月-4月期間，項(xiàng)目組調(diào)研了材料物理性能、化學(xué)性能以

及油套管全尺寸實(shí)物性能評價方法體系，結(jié)合了煤炭地下氣化可燃套管的理化特性，初步確

定了可燃套管材料性能及全尺寸實(shí)物性能評價方法。

（2）可燃套管性能評價試驗(yàn)方法的確定：在2020年5月-8月，項(xiàng)目組通過實(shí)驗(yàn)室進(jìn)

行了可燃套管材料物理性能、化學(xué)性能以及可燃套管全尺寸實(shí)物性能可行性的驗(yàn)證工作。

（3）標(biāo)準(zhǔn)草案編制：在2020年10月-2021年1月期間，項(xiàng)目組就標(biāo)準(zhǔn)大綱進(jìn)行了詳

細(xì)討論，并起草了標(biāo)準(zhǔn)草案。

（4）征求意見稿的編制：在2021年1月-2021年8月，根據(jù)工作組內(nèi)部多次討論形成

的修改意見，編制形成了征求意見稿。

二、標(biāo)準(zhǔn)化對象簡要情況及制修訂標(biāo)準(zhǔn)的原則

煤炭地下氣化技術(shù)（Undergroundcoalgasification,UCG）是在地下創(chuàng)造適當(dāng)?shù)墓に嚄l件，

使煤炭進(jìn)行有控制的燃燒，通過煤的熱解以及煤與氧氣、水蒸氣發(fā)生的一系列化學(xué)反應(yīng)，生

成氫氣、一氧化碳和甲烷等可燃?xì)怏w的化學(xué)采煤方法，實(shí)現(xiàn)煤炭清潔開采。煤炭地下氣化實(shí)

現(xiàn)了煤炭地下密閉開發(fā)，產(chǎn)物為多種可燃組分構(gòu)成的混合氣體，無固體廢棄物排放，是集石

油鉆井技術(shù)、常規(guī)采煤技術(shù)和煤制氣技術(shù)為一體的新興清潔能源開發(fā)技術(shù)。國內(nèi)煤炭地下氣

化技術(shù)存在氣化通道專用工具、裝置空白、相關(guān)控制技術(shù)及工具缺乏等“卡脖子”問題。其

中，氣化通道燃燒區(qū)域的可燃套管，需要具備足夠的高溫強(qiáng)度以承受煤層載荷，還需要具有

達(dá)到特定溫度以上燃燒消耗的特性，起到氣化通道前端自動后退的作用，以確保點(diǎn)火工具充

分接觸煤層。由于可燃套管極為特殊的性能需求，現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)尚無法對其進(jìn)行全方位性能評價，

對可燃套管的規(guī)?；茝V和工業(yè)化應(yīng)用產(chǎn)生了一定的局限作用。

本標(biāo)準(zhǔn)制定后，可形成針對煤炭地下氣化專用可燃套管全生命周期測試評價體系，為推

動可燃套管的市場化推廣和應(yīng)用奠定理論技術(shù)基礎(chǔ)，具有重要的科學(xué)價值和應(yīng)用前景。

三、采用國際標(biāo)準(zhǔn)和國外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)的項(xiàng)目，應(yīng)當(dāng)詳細(xì)地說明采用該標(biāo)準(zhǔn)的目的、

意義，采用標(biāo)準(zhǔn)程度及理由，我國標(biāo)準(zhǔn)同被采用標(biāo)準(zhǔn)、和/或與國際、國外同類

標(biāo)準(zhǔn)的主要差異及其原因，或與測試的國外樣品的有關(guān)數(shù)據(jù)對比情況等。

目前國內(nèi)外尚無煤炭地下氣化可燃套管產(chǎn)品、檢測方法等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

鑒于當(dāng)前可燃套管性能評價幾乎無標(biāo)準(zhǔn)可依，因此迫切需要針對可燃套管這一新型管材

構(gòu)建全面系統(tǒng)的性能評價體系。

四、標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容

本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了針對煤炭地下氣化專用可燃套管綜合性評價試驗(yàn)方法。

本標(biāo)準(zhǔn)適用于煤炭地下氣化通道水平段套管檢測。具體包括內(nèi)容如下：

1）范圍

2）規(guī)范性引用文件

3）術(shù)語和定義

4）原理

5）儀器和設(shè)備

5.1）物理性能檢測設(shè)備

5.2）化學(xué)特性檢測設(shè)備

5.3）實(shí)物試驗(yàn)設(shè)備

6）試劑和材料

7）樣品

8）試驗(yàn)檢測方法

8.1）試樣準(zhǔn)備

8.2）拉伸性能測試

8.3）導(dǎo)熱率測試

8.4）熱膨脹系數(shù)測試

8.5）燃燒性能測試

8.6）耐蝕性測試

8.7）化學(xué)成分分析

8.8）幾何尺寸測量

8.9）上卸扣測試

8.10）整管拉伸試驗(yàn)

8.11）整管內(nèi)壓試驗(yàn)

8.12）整管外擠試驗(yàn)

9）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

10）試驗(yàn)報告

附錄A

附錄B

參考文獻(xiàn)

五、主要試驗(yàn)（或驗(yàn)證）結(jié)果的分析、綜述報告、技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證，預(yù)期的經(jīng)濟(jì)

效果

1、主要試驗(yàn)（或驗(yàn)證）結(jié)果的分析、綜述報告

對可燃套管材料進(jìn)行室溫和高溫拉伸性能進(jìn)行測試，結(jié)果如表1所示。

表1可燃套管材料高溫拉伸性能

屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度降抗拉強(qiáng)度伸長率

試驗(yàn)溫度/℃

（MPa）幅/%（MPa）（%）

25232-2819.5

10020411.727611.5

20016030.723713.5

30015433.323116.5

40011749.414531.5

對可燃套管材料進(jìn)行不同溫度下的導(dǎo)熱系數(shù)測定，結(jié)果如表2所示。

表2可燃套管材料導(dǎo)熱系數(shù)測試結(jié)果

試驗(yàn)溫度/℃25100200300400500

導(dǎo)熱系數(shù)/W/m/K34.340.853.160.067.270.1

對可燃套管全尺寸實(shí)物進(jìn)行一次上卸扣試驗(yàn)，試驗(yàn)后管體外螺紋宏觀形貌如圖1所示。

圖1可燃套管外螺紋一次卸扣后宏觀形貌

2、技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證

本標(biāo)準(zhǔn)制定后，可推廣作為管廠、用戶及相關(guān)科研單位開展煤炭地下氣化可燃套管性能

評價提供了檢測方法與技術(shù)指導(dǎo)。通過該標(biāo)準(zhǔn)的科學(xué)應(yīng)用，將有力提升可燃套管生產(chǎn)過程以

及應(yīng)用過程中的質(zhì)量控制，對于擴(kuò)大可燃套管規(guī)模化應(yīng)用，提升管材服役可靠性將有巨大的

促進(jìn)作用。煤炭地下氣化可燃套管的應(yīng)用，對中深層煤炭資源的清潔開采具有巨大的推動促

進(jìn)作用，減排二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物可達(dá)85%-90%，環(huán)保效益十分顯著，充分響

應(yīng)“綠水青山就是金山銀山”發(fā)展理念。

3、預(yù)期的經(jīng)濟(jì)效果

本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了本文件規(guī)定了煤炭地下氣化可燃套管性能評價方法、試樣要求、試驗(yàn)設(shè)備

以及實(shí)驗(yàn)程序，并對試驗(yàn)結(jié)果的評定和試驗(yàn)報告進(jìn)行了規(guī)定。包括了材料理化性能、全尺寸

實(shí)物拉伸、上卸扣、抗內(nèi)壓、抗外擠等主要內(nèi)容。

本標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布后，可推廣作為管廠、用戶及相關(guān)科研單位開展煤炭地下氣化可燃套管性能

評價提供了檢測方法與技術(shù)指導(dǎo)。通過該標(biāo)準(zhǔn)的科學(xué)應(yīng)用，將有力提升可燃套管生產(chǎn)過程以

及應(yīng)用過程中的質(zhì)量控制，對于擴(kuò)大可燃套管規(guī)模化應(yīng)用，提升管材服役可靠性將有巨大的

促進(jìn)作用，對中深層煤炭資源的清潔開采亦具有巨大的推動促進(jìn)作用，可帶來顯著的環(huán)保經(jīng)

濟(jì)效益。

六、與有關(guān)的現(xiàn)行的方針、政策、法律、法規(guī)和強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)系

本標(biāo)準(zhǔn)與現(xiàn)行方針、政策、法律、法規(guī)和強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)沒有沖突和矛盾。

七、對審查意見及重大分歧意見的處理經(jīng)過和依據(jù)

本標(biāo)準(zhǔn)與現(xiàn)行方針、政策、法律、法規(guī)和強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)沒有沖突和矛盾，也未收到相關(guān)重

大分歧意見。

八、標(biāo)準(zhǔn)水平建議，預(yù)期的社會經(jīng)濟(jì)效果

標(biāo)準(zhǔn)制定后，不但為管廠、用戶、檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)及相關(guān)科研單位開展煤炭地下氣化可燃套管

性能評價提供了可靠適用的檢測方法與技術(shù)指導(dǎo)，而且通過該標(biāo)準(zhǔn)的科學(xué)應(yīng)用，將有力提升

可燃套管生產(chǎn)過程以及應(yīng)用過程中的質(zhì)量控制。標(biāo)準(zhǔn)的制定對于可燃套管的