《煤炭地下气化可燃套管性能评价试验方法编制说明》

《煤炭地下气化可燃套管性能评价试验方法》

（征求意见稿）

编制说明

一、任务来源及工作简要过程

1.任务来源

根据“关于CSTM标准《煤炭地下气化可燃套管性能评价试验方法》的立项公告”文件

的要求，CSTM标准《煤炭地下气化可燃套管性能评价试验方法》以项目编号“”下达，该标

准由中国石油集团工程材料研究院有限公司（以下简称“工程材料研究院”）等单位负责制

定。

2.起草单位及工作组成员

按照标准制、修订工作程序的要求，我们成立了CSTM标准《煤炭地下气化可燃套管

性能评价试验方法》项目工作组，起草单位包括工程材料研究院、煤层气公司、工程技术研

究院，项目组由金属材料工程、管柱力学、机械、油气开发以及钻井工程的专业技术人员组

成。

3.工作过程

项目组从2020年1月至2021年8月，完成了资料收集、标准草案编制、征求意见稿编

制等工作。简要过程如下：

（1）资料收集：在2020年1月-4月期间，项目组调研了材料物理性能、化学性能以

及油套管全尺寸实物性能评价方法体系，结合了煤炭地下气化可燃套管的理化特性，初步确

定了可燃套管材料性能及全尺寸实物性能评价方法。

（2）可燃套管性能评价试验方法的确定：在2020年5月-8月，项目组通过实验室进

行了可燃套管材料物理性能、化学性能以及可燃套管全尺寸实物性能可行性的验证工作。

（3）标准草案编制：在2020年10月-2021年1月期间，项目组就标准大纲进行了详

细讨论，并起草了标准草案。

（4）征求意见稿的编制：在2021年1月-2021年8月，根据工作组内部多次讨论形成

的修改意见，编制形成了征求意见稿。

二、标准化对象简要情况及制修订标准的原则

煤炭地下气化技术（Undergroundcoalgasification,UCG）是在地下创造适当的工艺条件，

使煤炭进行有控制的燃烧，通过煤的热解以及煤与氧气、水蒸气发生的一系列化学反应，生

成氢气、一氧化碳和甲烷等可燃气体的化学采煤方法，实现煤炭清洁开采。煤炭地下气化实

现了煤炭地下密闭开发，产物为多种可燃组分构成的混合气体，无固体废弃物排放，是集石

油钻井技术、常规采煤技术和煤制气技术为一体的新兴清洁能源开发技术。国内煤炭地下气

化技术存在气化通道专用工具、装置空白、相关控制技术及工具缺乏等“卡脖子”问题。其

中，气化通道燃烧区域的可燃套管，需要具备足够的高温强度以承受煤层载荷，还需要具有

达到特定温度以上燃烧消耗的特性，起到气化通道前端自动后退的作用，以确保点火工具充

分接触煤层。由于可燃套管极为特殊的性能需求，现有标准尚无法对其进行全方位性能评价，

对可燃套管的规模化推广和工业化应用产生了一定的局限作用。

本标准制定后，可形成针对煤炭地下气化专用可燃套管全生命周期测试评价体系，为推

动可燃套管的市场化推广和应用奠定理论技术基础，具有重要的科学价值和应用前景。

三、采用国际标准和国外先进标准的项目，应当详细地说明采用该标准的目的、

意义，采用标准程度及理由，我国标准同被采用标准、和/或与国际、国外同类

标准的主要差异及其原因，或与测试的国外样品的有关数据对比情况等。

目前国内外尚无煤炭地下气化可燃套管产品、检测方法等相关标准。

鉴于当前可燃套管性能评价几乎无标准可依，因此迫切需要针对可燃套管这一新型管材

构建全面系统的性能评价体系。

四、标准主要内容

本标准规定了针对煤炭地下气化专用可燃套管综合性评价试验方法。

本标准适用于煤炭地下气化通道水平段套管检测。具体包括内容如下：

1）范围

2）规范性引用文件

3）术语和定义

4）原理

5）仪器和设备

5.1）物理性能检测设备

5.2）化学特性检测设备

5.3）实物试验设备

6）试剂和材料

7）样品

8）试验检测方法

8.1）试样准备

8.2）拉伸性能测试

8.3）导热率测试

8.4）热膨胀系数测试

8.5）燃烧性能测试

8.6）耐蚀性测试

8.7）化学成分分析

8.8）几何尺寸测量

8.9）上卸扣测试

8.10）整管拉伸试验

8.11）整管内压试验

8.12）整管外挤试验

9）实验数据处理

10）试验报告

附录A

附录B

参考文献

五、主要试验（或验证）结果的分析、综述报告、技术经济论证，预期的经济

效果

1、主要试验（或验证）结果的分析、综述报告

对可燃套管材料进行室温和高温拉伸性能进行测试，结果如表1所示。

表1可燃套管材料高温拉伸性能

屈服强度屈服强度降抗拉强度伸长率

试验温度/℃

（MPa）幅/%（MPa）（%）

25232-2819.5

10020411.727611.5

20016030.723713.5

30015433.323116.5

40011749.414531.5

对可燃套管材料进行不同温度下的导热系数测定，结果如表2所示。

表2可燃套管材料导热系数测试结果

试验温度/℃25100200300400500

导热系数/W/m/K34.340.853.160.067.270.1

对可燃套管全尺寸实物进行一次上卸扣试验，试验后管体外螺纹宏观形貌如图1所示。

图1可燃套管外螺纹一次卸扣后宏观形貌

2、技术经济论证

本标准制定后，可推广作为管厂、用户及相关科研单位开展煤炭地下气化可燃套管性能

评价提供了检测方法与技术指导。通过该标准的科学应用，将有力提升可燃套管生产过程以

及应用过程中的质量控制，对于扩大可燃套管规模化应用，提升管材服役可靠性将有巨大的

促进作用。煤炭地下气化可燃套管的应用，对中深层煤炭资源的清洁开采具有巨大的推动促

进作用，减排二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物可达85%-90%，环保效益十分显著，充分响

应“绿水青山就是金山银山”发展理念。

3、预期的经济效果

本标准规定了本文件规定了煤炭地下气化可燃套管性能评价方法、试样要求、试验设备

以及实验程序，并对试验结果的评定和试验报告进行了规定。包括了材料理化性能、全尺寸

实物拉伸、上卸扣、抗内压、抗外挤等主要内容。

本标准发布后，可推广作为管厂、用户及相关科研单位开展煤炭地下气化可燃套管性能

评价提供了检测方法与技术指导。通过该标准的科学应用，将有力提升可燃套管生产过程以

及应用过程中的质量控制，对于扩大可燃套管规模化应用，提升管材服役可靠性将有巨大的

促进作用，对中深层煤炭资源的清洁开采亦具有巨大的推动促进作用，可带来显著的环保经

济效益。

六、与有关的现行的方针、政策、法律、法规和强制性标准的关系

本标准与现行方针、政策、法律、法规和强制性标准没有冲突和矛盾。

七、对审查意见及重大分歧意见的处理经过和依据

本标准与现行方针、政策、法律、法规和强制性标准没有冲突和矛盾，也未收到相关重

大分歧意见。

八、标准水平建议，预期的社会经济效果

标准制定后，不但为管厂、用户、检验机构及相关科研单位开展煤炭地下气化可燃套管

性能评价提供了可靠适用的检测方法与技术指导，而且通过该标准的科学应用，将有力提升

可燃套管生产过程以及应用过程中的质量控制。标准的制定对于可燃套管的