本发明公开一种石油天然气薄壁小直径管道力学性能试样制备方法,包括以下步骤(1)在待测石油天然气薄壁小直径管道周向截取试样,所截取试样的宽度为Wmm,厚度为Bmm;(2)在所截取试样的两侧激光焊接两个加长块得到试验试样,所述加长块的宽度为L,所述加长块的厚度大于或等于B;其中L+W+L大于或等于拉伸、冲击、CTOD断裂韧性或裂纹扩展速率试验所需试样的最小长度。利用本发明方法可以测得用常规方法难以获得的力学性能数据,对于提高石油天然气管道的安全性评价具有重要的现实意义。同时将激光深熔焊技术应用于小试样的制备、有效地提高了试样的利用率,节省材料,达到了节能降耗的效果,具有绿色制造的性质。