ISO 23936-12022 包括低碳能源在内的石油和天然气工业.与石油和天然气田生产相关介质接触的非金属材料.第1部分热塑性塑料标准立项发展报告

石油和天然气工业包括低碳能源——与油气生产相关介质接触的非金属材料第1部分：热塑性塑料标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:Oilandgasindustriesincludinglowercarbonenergy—Non-metallicmaterialsincontactwithmediarelatedtooilandgasproduction—Part1:Thermoplastics摘要随着全球能源结构调整和低碳转型战略的深入推进，石油和天然气工业面临更加复杂严苛的服役环境，非金属材料在油气生产中的应用日益广泛，尤其在腐蚀性介质工况下表现出显著的技术经济优势。ISO23936-1:2022《包括低碳能源在内的石油和天然气工业——与石油和天然气田生产相关介质接触的非金属材料——第1部分：热塑性塑料》由国际标准化组织（ISO）发布，是国际上针对油气生产用热塑性塑料材料选择和性能评价的核心标准之一。本报告系统梳理了该标准的立项背景、技术框架、关键指标及其与相关标准的关系，分析了标准对材料筛选、质量控制、工程设计和安全运行等方面的指导作用，并结合低碳能源发展趋势，探讨了该标准在未来能源装备材料体系中的定位与拓展方向。报告指出，该标准的实施为热塑性塑料在酸性介质、高温高压等严苛工况下的安全应用提供了系统化的技术依据，对推动我国油气装备材料标准化体系建设具有重要参考价值。关键词：非金属材料；热塑性塑料；油气生产；材料标准；低碳能源；酸性介质Keywords:Non-metallicmaterials;Thermoplastics;Oilandgasproduction;Materialstandards;Lowercarbonenergy;Sourservice一、引言1.1立项背景全球能源工业正经历从传统化石能源向低碳能源体系的深刻变革。在油气勘探开发日益向深层、深海、复杂地质条件延伸的背景下，金属材料在含硫化氢（H₂S）、二氧化碳（CO₂）、高矿化度地层水等腐蚀性介质环境中的局限性愈发凸显。腐蚀失效不仅带来巨大的经济损失，也构成严重的安全生产隐患。据统计，油气行业因腐蚀造成的直接经济损失约占行业总运维成本的25%～30%。热塑性塑料凭借优异的耐腐蚀性能、良好的可加工性、较低的密度和优异的绝缘性能，在油气田集输管道、井下管柱、防喷器密封件、电缆护套、储罐衬里等场景中得到日益广泛的应用。然而，热塑性塑料在高温、高压、介质溶胀、气体渗透等复杂工况下的长期服役行为与金属材料存在本质差异，亟需建立系统、科学、统一的技术评价体系。1.2标准基本情况ISO23936-1:2022是国际标准化组织石油和天然气工业技术委员会（ISO/TC67）框架下制定的非金属材料系列标准之一。该标准取代了此前的ISO23936-1:2009版本，在继承原有技术框架的基础上，将适用范围从传统油气生产扩展至包括低碳能源在内的更为广泛的能源生产领域，反映了国际油气行业对非金属材料应用需求的最新变化和技术进步。1.3编制原则本标准遵循以下编制原则：一是安全性原则，以保障人员安全、设备安全和环境安全为首要目标；二是适用性原则，兼顾不同服役条件和工程场景的差异性需求；三是协调性原则，与ISO23936系列其他部分、ISO15156系列等相关国际标准保持技术协调；四是先进性原则，纳入近年来热塑性塑料性能评价技术的最新研究成果和工程实践经验。二、标准技术内容概述2.1标准适用范围ISO23936-1:2022规定了用于评估热塑性塑料在油气生产及相关低碳能源生产介质中适用性的通用要求、试验方法和评价准则。适用于与以下介质接触的热塑性塑料材料及其制品：原油、天然气、产出水、注入水、酸化工作液、完井液、修井液，以及含H₂S、CO₂等酸性组分的气液介质。标准所涵盖的材料形态包括管材、管件、密封元件、衬里层、绝缘层等。值得注意的是，2022版本特别将适用范围扩展至低碳能源生产领域，涵盖碳捕集利用与封存（CCUS）工艺中的CO₂输送管道内衬材料、地热生产井用热塑性管道、氢能输送管线非金属管材等新兴应用场景。2.2材料选择与性能要求标准建立了一套系统的材料筛选和性能评价框架，主要包括以下方面：基础性能要求：包括密度、熔体流动速率、拉伸强度、断裂伸长率、硬度、热变形温度等基础物理力学性能指标。标准针对不同材料类型（如PE、PA、PVDF、PEEK等）给出了差异化的性能要求。耐介质性能：规定了材料在模拟服役介质中的浸泡试验方法，评估材料在介质中的质量变化率、体积变化率、拉伸性能保持率等指标，以判定材料的耐介质溶胀和耐化学降解性能。抗快速开裂性能（RCP）：对于管道用热塑性塑料，标准要求进行全尺寸或小尺寸的快速裂纹扩展试验，确保材料在意外冲击载荷下不会发生长距离脆性断裂。慢速裂纹增长性能（SCG）：通过缺口管试验或锥体试验方法，评价材料在长期内压作用下的抗蠕变开裂性能，这是保障管道长期安全运行的关键指标。气体渗透性能：对用于含H₂S、CO₂等腐蚀性气体的工况，标准规定了气体渗透系数的测试方法，防止气体渗透至金属增强层或外壁造成腐蚀或安全隐患。2.3试验方法与评价准则标准引用了一系列ISO试验方法标准，并针对油气生产特定工况规定了修改和补充要求，包括：-ISO527系列：塑料拉伸性能测定-ISO1133：热塑性塑料熔体质量流动速率测定-ISO175：塑料耐化学药品性浸泡试验-ISO13477：热塑性塑料管材抗快速裂纹扩展（RCP）小尺寸稳态试验-ISO13479：聚烯烃管材抗慢速裂纹增长（缺口管试验）-ISO23936-2：非金属材料与油气生产介质接触的弹性体材料部分2.4质量保证与文件要求标准对材料生产企业的质量管理体系提出了明确要求，包括材料批次一致性控制、出厂检验项目及频次、可追溯性文件等。同时，标准要求供应商提供完整的技术数据表（TDS）、安全数据表（SDS）以及第三方检测报告，确保材料使用的可追溯性和安全性。三、低碳能源扩展内容分析3.1碳捕集利用与封存（CCUS）CCUS技术作为实现碳中和目标的关键路径之一，其CO₂输送管道面临高压（通常超过10MPa）、含杂质（如H₂O、H₂S、NOₓ等）的苛刻工况条件。传统碳钢管道在此类环境中面临严重的腐蚀问题，而非金属管道及其内衬呈现显著优势。ISO23936-1:2022的修订充分考虑了这一技术需求，将高含杂质CO₂介质纳入材料的适用性评价范围，对材料在超临界CO₂环境中的溶胀行为、渗透特性和抗快速卸压性能提出了相应的评价要求。3.2氢能输送与储存氢能作为重要的清洁能源载体，其输送和储存环节的材料安全问题备受关注。非金属材料在高压氢气环境中面临氢气渗透、氢致开裂和快速卸压起泡等风险。尽管ISO23936-1:2022未单独设立氢介质条款，但标准中关于气体渗透和快速卸压（explosivedecompression）的性能评价框架，为高压氢环境下热塑性塑料适用性评价提供了重要的方法论基础。3.3地热能开发地热流体通常具有高温（可达150℃以上）、高矿化度、含溶解性气体的特征，对材料提出了严苛要求。ISO23936-1:2022将地热生产纳入适用范围，要求对热塑性塑料在高温地热流体中的长期老化性能进行系统评价，为地热井用非金属管材和密封材料的选择提供了标准化依据。四、与相关标准的关系4.1ISO23936系列标准框架ISO23936系列是油气工业非金属材料应用的基础标准体系，目前包括以下部分：-ISO23936-1：热塑性塑料（本报告对象）-ISO23936-2：弹性体材料-ISO23936-3：纤维增强热固性塑料（FRP）-ISO23936-4：热固性塑料各分标准共同构成了覆盖主要非金属材料类型的完整评价体系。ISO23936-1与ISO23936-2在试验方法和评价逻辑上保持了高度一致性，便于材料类型的横向比较；与ISO23936-3（FRP）在长期性能评价方法上相互补充，共同服务于不同结构功能需求的应用场景。4.2与ISO15156（NACEMR0175）的关系ISO15156（对应NACEMR0175）是油气工业酸性环境（含H₂S）用金属材料选择的核心标准。ISO23936-1在材料适用性评价逻辑上与ISO15156保持一致，即均采用"材料-环境-工况"三要素匹配的原则，但在具体技术内容上针对金属与非金属材料的不同失效机理各自独立。二者在实际工程应用中互补使用——金属部件依据ISO15156选材，非金属部件依据ISO23936-1选材。4.3与我国标准体系的衔接我国现行的GB/T34903系列标准（等同采用ISO23936）为该标准在我国的实施奠定了转化基础。GB/T34903.1-2017《石油、石化和天然气工业与油气生产相关介质接触的非金属材料第1部分：热塑性塑料》等同采用了ISO23936-1:2009版本。随着ISO23936-1:2022的发布，我国亟需同步推进标准修订转化工作，及时将低碳能源相关内容纳入我国标准体系，以满足国内CCUS和氢能产业发展的标准化需求。五、标准实施意义与应用前景5.1对行业的技术支撑作用ISO23936-1:2022的实施对油气行业非金属材料应用具有重要的技术支撑作用。首先，标准为材料选型提供了统一的技术准则，避免了因评价方法不一致导致的选材困惑和安全隐患；其次，标准规定的系统评价流程有助于降低材料应用的技术风险，延长装备服役寿命；第三，标准的国际协调性有利于消除技术壁垒，促进非金属材料在油气领域的国际化应用。5.2对低碳能源发展的推动作用随着全球能源转型加速推进，CCUS、氢能、地热能等低碳能源技术进入快速发展窗口期。ISO23936-1:2022将低碳能源生产场景纳入适用范围，为非金属材料在新兴能源领域的拓展应用奠定了标准化基础。这一修订不仅回应了行业发展的现实需求，更体现了标准化工作前瞻性和引领性的统一。5.3对推动自主创新的意义该标准的实施有助于引导国内热塑性塑料生产企业对标国际先进要求，提升产品质量和技术水平。同时，标准中规定的评价方法体系也为我国建立自己的非金属材料评价能力提供了参照。通过参与ISO标准制修订工作，国内相关科研机构和企业的国际话语权也将得到提升。六、参与修订的主要单位介绍6.1ISO/TC67技术委员会ISO23936-1:2022由国际标准化组织石油和天然气工业技术委员会（ISO/TC67）下属的"材料、设备及海上结构"分技术委员会（SC2）归口管理。ISO/TC67成立于1947年，是ISO下设的专门负责石油和天然气工业设备与材料标准制定的技术委员会，秘书处目前由美国石油学会（API）承担。ISO/TC67的工作范围涵盖石油和天然气钻采、输送、加工及低碳能源生产相关的材料、设备、结构和系统的标准化工作。该委员会下设多个分技术委员会和工作组，其中SC2负责材料、腐蚀控制及焊接相关的标准制定。ISO23936-1的具体制修订工作由其下设的工作组WG4（非金属材料）负责推进。6.2主要起草单位ISO23936-1:2022的修订过程聚集了全球范围内非金属材料研究领域的重要机构和专家。其中，来自挪威的石油工业技术标准机构（NORSOK）为标准的修订提供了重要的工程实践数据和试验验证支持。挪威自20世纪90年代以来在海洋油气工程中广泛应用非金属材料，积累了丰富的选材、安装和运维经验，这些经验为ISO23936-1的技术框架完善做出了重要贡献。此外，来自美国石油学会（API）、英国能源研究院（EI）、法国石油研究院（IFPEN）以及巴西石油公司（Petrobras）等机构的专家也深度参与了标准修订过程中的技术讨论和试验方法验证工作。多家国际知名热塑性塑料生产企业——包括博禄（Borouge）、北欧化工（Borealis）、苏威（Solvay）等——在标准修订中提供了关键的材料性能数据和长期老化试验数据。七、结论与展望ISO23936-1:2022作为油气工业非金属材料领域的核心国际标准，其修订发布标志着热塑性塑料在能源生产领域的应用进入了一个更加规范化、系统化的新阶段。该标准在继承原有技术框架的基础上，实现了三个重要突破：一是将适用范围从传统油气生产扩展至低碳能源领域，体现了标准对能源转型趋势的主动回应；二是纳入近年来非金属材料性能评价技术的最新进展，提升了标准的科学性和技术先进性；三是进一步强化了全生命周期管理的理念，从材料选择、性能评价到质量控制形成了完整的技术链条。展望未来，随着CCUS规模化部署、氢能管网建设提速以及深海油气开发的持续推进，非金属材料在能源装备领域的应用将更加广泛和深入。ISO23936-1的技术框架有望进一步向以下方向拓展：一是针对高压氢环境的专用评价方法，如高压氢渗透测试和氢致失效评价；二是超临界CO₂环境下材料长期服役性能的加速评价方法；三是数字化技术赋能下的材料性能预测与寿命评估方法；四是可回收或生物基热塑性塑料在油气场景中的应用评价。参考文献[1]ISO23936-1:2022,Oilandgasindustriesincludinglowercarbonenergy—Non-metallicmaterialsincontactwithmediarelatedtooilandgasproduction—