《煤炭地下氣化可燃套管性能評價試驗方法編制說明》

《煤炭地下氣化可燃套管性能評價試驗方法》

（征求意見稿）

編制說明

一、任務來源及工作簡要過程

1.任務來源

根據(jù)“關于CSTM標準《煤炭地下氣化可燃套管性能評價試驗方法》的立項公告”文件

的要求，CSTM標準《煤炭地下氣化可燃套管性能評價試驗方法》以項目編號“”下達，該標

準由中國石油集團工程材料研究院有限公司（以下簡稱“工程材料研究院”）等單位負責制

定。

2.起草單位及工作組成員

按照標準制、修訂工作程序的要求，我們成立了CSTM標準《煤炭地下氣化可燃套管

性能評價試驗方法》項目工作組，起草單位包括工程材料研究院、煤層氣公司、工程技術研

究院，項目組由金屬材料工程、管柱力學、機械、油氣開發(fā)以及鉆井工程的專業(yè)技術人員組

成。

3.工作過程

項目組從2020年1月至2021年8月，完成了資料收集、標準草案編制、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，項目組調研了材料物理性能、化學性能以

及油套管全尺寸實物性能評價方法體系，結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物性能評價方法。

（2）可燃套管性能評價試驗方法的確定：在2020年5月-8月，項目組通過實驗室進

行了可燃套管材料物理性能、化學性能以及可燃套管全尺寸實物性能可行性的驗證工作。

（3）標準草案編制：在2020年10月-2021年1月期間，項目組就標準大綱進行了詳

細討論，并起草了標準草案。

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

的修改意見，編制形成了征求意見稿。

二、標準化對象簡要情況及制修訂標準的原則

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

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

成氫氣、一氧化碳和甲烷等可燃氣體的化學采煤方法，實現(xiàn)煤炭清潔開采。煤炭地下氣化實

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

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

化技術存在氣化通道專用工具、裝置空白、相關控制技術及工具缺乏等“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度以承受煤層載荷，還需要具有

達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)有標準尚無法對其進行全方位性能評價，

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

本標準制定后，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用奠定理論技術基礎，具有重要的科學價值和應用前景。

三、采用國際標準和國外先進標準的項目，應當詳細地說明采用該標準的目的、

意義，采用標準程度及理由，我國標準同被采用標準、和/或與國際、國外同類

標準的主要差異及其原因，或與測試的國外樣品的有關數(shù)據(jù)對比情況等。

目前國內外尚無煤炭地下氣化可燃套管產品、檢測方法等相關標準。

鑒于當前可燃套管性能評價幾乎無標準可依，因此迫切需要針對可燃套管這一新型管材

構建全面系統(tǒng)的性能評價體系。

四、標準主要內容

本標準規(guī)定了針對煤炭地下氣化專用可燃套管綜合性評價試驗方法。

本標準適用于煤炭地下氣化通道水平段套管檢測。具體包括內容如下：

1）范圍

2）規(guī)范性引用文件

3）術語和定義

4）原理

5）儀器和設備

5.1）物理性能檢測設備

5.2）化學特性檢測設備

5.3）實物試驗設備

6）試劑和材料

7）樣品

8）試驗檢測方法

8.1）試樣準備

8.2）拉伸性能測試

8.3）導熱率測試

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

8.11）整管內壓試驗

8.12）整管外擠試驗

9）實驗數(shù)據(jù)處理

10）試驗報告

附錄A

附錄B

參考文獻

五、主要試驗（或驗證）結果的分析、綜述報告、技術經濟論證，預期的經濟

效果

1、主要試驗（或驗證）結果的分析、綜述報告

對可燃套管材料進行室溫和高溫拉伸性能進行測試，結果如表1所示。

表1可燃套管材料高溫拉伸性能

屈服強度屈服強度降抗拉強度伸長率

試驗溫度/℃

（MPa）幅/%（MPa）（%）

25232-2819.5

10020411.727611.5

20016030.723713.5

30015433.323116.5

40011749.414531.5

對可燃套管材料進行不同溫度下的導熱系數(shù)測定，結果如表2所示。

表2可燃套管材料導熱系數(shù)測試結果

試驗溫度/℃25100200300400500

導熱系數(shù)/W/m/K34.340.853.160.067.270.1

對可燃套管全尺寸實物進行一次上卸扣試驗，試驗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、技術經濟論證

本標準制定后，可推廣作為管廠、用戶及相關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指導。通過該標準的科學應用，將有力提升可燃套管生產過程以

及應用過程中的質量控制，對于擴大可燃套管規(guī)?；瘧?，提升管材服役可靠性將有巨大的

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

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

應“綠水青山就是金山銀山”發(fā)展理念。

3、預期的經濟效果

本標準規(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、試驗設備

以及實驗程序，并對試驗結果的評定和試驗報告進行了規(guī)定。包括了材料理化性能、全尺寸

實物拉伸、上卸扣、抗內壓、抗外擠等主要內容。

本標準發(fā)布后，可推廣作為管廠、用戶及相關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指導。通過該標準的科學應用，將有力提升可燃套管生產過程以

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

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

濟效益。

六、與有關的現(xiàn)行的方針、政策、法律、法規(guī)和強制性標準的關系

本標準與現(xiàn)行方針、政策、法律、法規(guī)和強制性標準沒有沖突和矛盾。

七、對審查意見及重大分歧意見的處理經過和依據(jù)

本標準與現(xiàn)行方針、政策、法律、法規(guī)和強制性標準沒有沖突和矛盾，也未收到相關重

大分歧意見。

八、標準水平建議，預期的社會經濟效果

標準制定后，不但為管廠、用戶、檢驗機構及相關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指導，而且通過該標準的科學應用，將有力提升

可燃套管生產過程以及應用過程中的質量控制。標準的制定對于可燃套管的