管道运输作为油品输送的重要途径,其安全问题与环境保护问题始终备受关注。油气管道弃置是管道全生命周期管理的重要环节。随着油气管道老龄化成为世界性问题,开展废弃油气管道的无害化处置技术研究迫在眉睫。为合理废弃地下油气管道,确保可持续发展,本文开展了充填退役油气管道用可控性低强度材料（Controlled low strength material,简称CLSM）流变特性及工程应用研究,提出了充填退役油气管道CLSM的性能要求,研制了充填废弃管道CLSM材料并进行配合比优化;依据流体力学的基础理论知识,以理论研究为基础,结合实验手段,开展了充填废弃管道CLSM材料的流变特性及输送阻力研究,并建立了数值计算模型对CLSM浆体管道流动动态特征进行模拟,为形成完备和高效的CLSM充填退役油气管道的技术体系提供可靠的理论支持和技术保障。主要研究内容和成果如下:（1）通过正交试验,以工业废弃物粉煤灰为主并掺入10%～15%的水泥和适量外加剂制备CLSM,利用数理统计中变异系数法计算权重,采用功效函数法评价综合指标,优化得到配合比为:水胶比0.50,粉煤灰与水泥质量分数之比为85∶15,聚羧酸系高性能减水剂HPPS-I掺量0.15%,聚羧酸系高性能保坍剂SRA-15掺量0.35%,研制出一种具有初始流动度280～320mm,4h流动度≥240mm,4h泌水率≤5%,28d抗压强度≥1.5MPa等性能指标的CLSM,能较好满足充填退役油气管道的性能要求。（2）将CLSM浆体视为宾汉流体,应用非牛顿流体力学理论及表观滑移假设,对管内流动浆体的应力、流速及流量分布进行了理论分析,建立了浆体管内输送的流量平衡方程,推导出考虑壁面滑移效应的CLSM浆体管输阻力公式。当CLSM浆体的流变性质一定时,滑移层厚度越大,则滑移系数越大,摩擦阻力系数随之降低,管输阻力减小。优化CLSM粒径组成,增大滑移层厚度是降低管输阻力的有效手段。（3）CLSM浆体流变参数表现出时间效应:浆体屈服应力、塑性粘度与时间呈指数关系。在0～60min内随时间增加,浆体屈服应力和塑性粘度呈指数减小,主要是因为浆体中外加剂的作用,能够阻止浆体絮凝结构的形成;在60～480min内随时间呈指数增加,主要是浆体中水泥胶结料水化所致。CLSM浆体流变模型可表示为其流变参数与时间相关的宾汉流体模型,考虑时变特性,得到了基于流变学的浆体时变管输阻力计算公式;比较L型管试验、流变仪实验、流变学计算及基于流变仪实验并考虑壁面滑移的管输阻力计算结果,四者比较接近,但前三种方法均未考虑管内流动中的滑移减阻作用,其阻力计算值较大;而浆体管道输送过程中壁面滑移效应具有减阻作用,本文考虑壁面滑移效应和浆体时变特性的管输阻力计算公式更符合工程实际。（4）利用计算流体力学软件,对浆体在直管与弯管中的流动动态特征进行数值模拟。浆体在水平直管道流动时,除在进口处一定范围内出现不稳定流动外,浆体的流动呈稳定层流流态;管径一定时,随流量增大,流核半径减小,流核速度增大,单位长度的流动阻力明显增大。浆体通过弯管时流速和压力分布均呈弯管外侧大、内侧小,流速越大弯管内外壁速度和压力的差异越大,曲率越大内外壁速度和压力的差异越大;浆体在弯管流动存在伴随主流的涡流,涡流产生的水头损失占比随流速增加和弯管曲率增加明显增大。管输阻力的数值模拟计算与基于流变实验并考虑壁面滑移效应的管输阻力解析计算对比,计算结果最大相对误差在10%以内。数值模拟可以预测CLSM浆体充填退役油气管道的管输阻力,为充填施工提供理论依据。（5）依据石油天然气行业标准（SY/T 6477-2014）开发了“含体积型缺陷退役油气管道剩余强度评价”软件,对退役管道进行评价,确定了该退役管道的剩余强度和最大允许充填工作压力;结合解析公式和数值模拟计算管道一次性最大充填距离。利用CLSM浆体充填东黄线废弃管道工程中,浆体4h流动度250mm、4h泌水率4.5%、初凝时间24h,硬化后结石率95.2%、28d抗压强度2.65MPa;实现了DN500管道一次性充填距离达4600m的超远注浆。CLSM浆体充填废弃管道技术解决了一次性注浆处置长距离、大管径废弃管道的难题,连续施工效率高,节约成本,无环境污染,具有良好的经济效益和社会效益。