【科研百人】管锋：在实践中探究石油装备创新之路

人物名片：管锋，博士、教授、硕士生导师。机械工程学院副院长，湖北省油气钻完井工具工程技术研究中心副主任，新葡萄娱乐app官方地热资源开发研究所副所长。湖北省新世纪高层次人才工程第三层次人选，非常规油气湖北省协同创新中心兼职教授，巴西里约热内卢联邦大学海洋工程系访问学者，SUTTC 2015技术委员会委员。担任《中国石油大学学报》、《北京科技大学学报》、《石油机械》、《工程机械》和《新葡萄娱乐app官方学报》等科技期刊的审稿人。主要从事石油机械计算机辅助设计及分析等方面的教学科研工作。

先后为研究生和本科生主讲《油气装备安全工程》、《石油钻采机械》等10门课程，已培养硕士研究生6人，目前指导在读硕士研究生6人。

“十二五”期间，主持湖北省自然科学基金等各类纵向项目8项，企业委托项目1项；参与国家自然科学基金等各类纵横向项目20余项。获省部级科技进步二等奖3项，获国家发明专利5项，实用新型专利5项，计算机软件著作权登记3项。发表第一作者科研学术论文25篇，其中中文核心期刊11篇，被SCI收录2篇，EI收录5篇，CPCI-S收录1篇，获湖北省和荆州市自然科学优秀学术论文二、三等奖3项。

管锋教授始终坚信：科研难题来源于实践，科研成果也必须服务于实践。连续管作业机广泛应用于油气田修井、钻井、完井、测井等作业，在油气田勘探与开发中发挥越来越重要的作用，被誉为“万能作业机”，但是国内关于该方向的系统研究还刚刚起步。新葡萄娱乐app官方油气装备研究所近年来在国家科技重大专项和中石油科技创新基金的支持下，一直致力于连续管作业装备及技术的研究，取得了系列科研成果。

在担任研究所副所长期间，他和研究团队一起，先后赴长庆油田、青海油田、大港油田、中石化涪陵页岩气田等连续管作业现场，收集连续管冲砂洗井、水力射孔、钻塞、钻井等作业中遇到的工程难题，通过和技术人员的深入交流，拟定科研攻关重点方向，先后在连续管作业技术配套工具研制、连续管井下力学行为以及连续管钻井系统流动行为等方面取得了创新性研究成果，有效提升了新葡萄娱乐app官方在连续管作业技术及配套工具方面的技术创新实力，并吸引了一些国内外学者前来交流。负责研制了连续管落鱼打捞工具、连续管连接工具、连续管水平井压裂工具、水平井连续管牵引器等一系列工具，其中研制的连续管打捞工具在苏里格气田得到实地应用，一次成功打捞出了被夹持块挤断落井的连续管落鱼。在不允许井场实验测试的情况下，为了克服数值模拟缺乏验证的不足，负责设计研发了连续管井下力学行为模拟实验台架和连续管钻井系统流动测试实验台架。采用理论研究与实验验证相结合的方法来研究连续管在井筒作业时的屈曲问题。研发连续管井下力学行为模拟实验台架包含了竖直段、弯曲段和水平段，首次提出末端约束条件分别考虑自由、固定、有负载3种条件，分析了屈曲、螺旋屈曲及锁死、螺旋反向、首端屈服等实验现象。建立了实际作业中连续管在井筒内发生螺旋屈曲锁死的判据，并提出了连续管注入端的显示载荷报警点设置方案。最终得到了连续管在井筒中的实际下放深度计算模型，为确定在不同作业条件下井筒内连续管的准确位置提供了可靠依据，对现场作业有重要指导意义，已在涪陵页岩气田指导了部分连续管钻塞工艺。基于相似理论和实验研究，提出了连续管钻井系统流动行为实验研究方法，研制了连续管钻井系统流动测试实验台架，该台架除了包含直管和盘管连续管外，还组合了多个连续钻井工具组合，属创新装置。分别采用水和三种聚合物流体以及3种规格弯曲率的连续管盘管进行了实验。获得的不同介质连续管盘管流阻计算模型。提出的需考虑除螺杆钻具和钻头外其它井下工具组合的局部压降；当井下工具组合全接时，对前端连续管的流阻影响不大等结论，对现场作业有重要的指导意义。将实验研究成果软件化，负责开发了连续管钻井水力参数计算软件系统，该软件可实时计算连续管钻井工艺参数，对连续管钻井所需最小泵压和合适排量的选择进行判断，并给出相关工艺参数推荐，提高了我国刚刚起步的连续管钻井工程效率和可靠性。基于该软件已为宝鸡石油机械有限责任公司研究院等单位提供多次技术咨询。

目前我国油气勘探和开发向深海进军的国家战略正在实施，海洋装备尤其是海上结构物的相关研究已经成为热点。管锋教授及其研究团队，针对目前在役海洋钻修机井架底座承载能力评估存在的检测体系缺乏、方法单一、片面评估等难题，近年来10余次登上海洋平台，先后对20余台海洋钻修机井架底座进行检测评估，获得了大量第一手数据资料。紧密围绕基于缺陷检测的在役海洋钻修机井架底座承载能力评估理论难题，取得了评估方法研究的创新性成果：提出了一种基于检测结果的海上结构物缺陷等效处理方法，建立了考虑初始和隐性缺陷等多种缺陷的承载能力计算模型。基于对海洋钻修井机井架底座的综合检测，通过对具体缺陷的量化处理，引入缺陷等效系数的概念，尤其首次引入应力集中缺陷，充分考虑了多种缺陷及损伤对在役海洋钻修机井架底座承载能力的影响，建立了实际承载能力计算模型。提出了一种在役海洋钻修机井架底座承载能力评估UC值法和基于腐蚀检测的剩余寿命预测方法，并以此指导井架底座的结构强化方案。为克服 “以点代面”的问题。以国际认可设计规范规定的计算应力条件为依据，图形化全面显示井架底座的承载能力，编写工程软件命令流程序，提出了对井架底座所有杆件进行全面评估的UC值法。利用UC值法，以满足承载能力为约束条件，为现场提供结构强化方案。该措施已经在平湖平台模块钻机等多个井架底座结构强化作业中实施，效果良好。提出腐蚀检测的剩余寿命预测方法—腐蚀率分析法，巧妙地通过年腐蚀率得到厚度损失率，将该损失率代入到承载能力分析模型中，计算各年度的UC值，得到海洋钻修机井架底座剩余寿命。该评估方法可与传统的加载应力测试评估法相结合，评估结论更全面、客观、准确。开发了在役海洋钻修机井架底座承载能力评估及评级系统软件，可综合利用现场检测数据并结合有限元分析结果对在役海洋钻修机井架底座进行承载能力评估和评级。该软件建立与工程软件的通信，将命令流文件导入软件，后台调用工程软件进行分析，并实现相关分析结果的实时显示。在役海洋钻修机承载能力评估技术已在中海油、中石化等企业的多套钻修机承载能力评估实践中得到应用，对海洋石油生产作业风险及时预警，有效避免了潜在的安全事故，取得了明显的经济和社会效益，推动了我国在役海洋钻修机检测评估技术进步。

（编辑 胡红霞）