油气井下极端环境用长寿命非金属管道关键技术研究

需求的背景和应用场景

在油气开采行业中，井下环境极为复杂，常常伴随着高温、高压以及介质腐蚀等多重极端工况。传统的金属管道虽然在一定程度上能够承受这些极端条件，但其重量大、耐腐蚀性差以及安装维护成本高等问题日益凸显，成为制约油气高效开采的瓶颈。特别是在深海、极地等复杂地质条件下，金属管道的局限性更加显著。因此，研发一种能够适应油气井下极端环境、具有长寿命特性的非金属管道，成为行业亟待解决的关键问题。这种非金属管道不仅能够显著减轻管道重量，降低安装和维护成本，还能提高管道的耐腐蚀性和整体性能，为油气开采行业带来革命性的变革。

要解决的关键技术问题

1. 复合材料性能退化机理研究：需结合AI技术和试验方法，深入分析高温、高压、介质腐蚀等多种工况耦合作用下，树脂基体的溶胀、化学键断裂等性能退化行为。通过探索介质对树脂-纤维界面的侵蚀机制，揭示极端环境下复合材料的机械性能退化机理及其影响因素，为后续材料设计提供理论依据。
2. 高性能树脂基体开发：利用MaterialsStudio分子模拟软件，对耐介质腐蚀的高分子结构进行优化设计。同时，结合高效催化剂的匹配性分析，开发出具有优异性能的新型树脂基体。此外，通过纤维上浆剂及界面工程技术的应用，进一步提升纤维与树脂基体的界面结合力和结合质量，从而全面提高复合材料在井下环境中的耐受能力。
3. 复材-金属异质连接技术研究：基于金属表面形貌/构型设计和复合材料结构设计，开展极端环境下复合材料管与金属接头之间连接强度的退化及影响因素分析。通过深入研究，开发出一种高强、高可靠性的复材-金属连接技术，确保非金属管道在极端工况下能够稳定、安全地运行。

效果要求

本技术需求旨在通过解决上述关键技术问题，实现以下效果：

• 技术创新：开发出一种全新的、适应油气井下极端环境的非金属管道材料，填补行业空白，提升我国油气开采技术的国际竞争力。
• 性能提升：所研发的非金属管道应具有优异的耐高温、耐高压、耐腐蚀性能，以及良好的机械性能和轻质特性，显著优于现有金属管道。
• 成本降低：通过优化材料设计和生产工艺，降低非金属管道的生产成本和维护成本，提高油气开采的经济效益。
• 应用广泛：该技术成果可广泛应用于深海、极地等复杂地质条件下的油气开采领域，为油气行业的高质量发展提供有力支撑。