二氧化碳长输管道关键技术进展与发展方向

摘要:随着“双碳”战略目标的深入推进,建设大规模CO2 输送管网已成为实现“碳中和”目标的紧迫需求,然而中国CO2 管输技术起步较晚,面临工业源CO2 组分复杂、输送相态控制难、腐蚀与安全机理不清、技术标准体系空白等多重挑战,制约了产业化的高质量发展。为此,依托国家“十四五”规划重点研发计划及“齐鲁石化- 胜利油田”百万吨级碳捕集利用与封存(CCUS)示范工程,综合考虑多杂质耦合、变工况运行及复杂地形条件,系统研究了超临界CO2 管输过程中的流动保障、腐蚀机理与控制、管道安全止裂等关键科学问题,建立了含杂质CO2 物性计算、水热力仿真、腐蚀预测及泄漏扩散等多套模型。研究结果表明:①明确了H2O、O2、CH4、N2 等关键杂质对CO2 相态及物性的影响规律,建立了适用于工程设计的杂质含量控制指标;②揭示了多杂质条件下CO2 腐蚀机理,创新性开发了以智能阴极保护系统为核心的腐蚀防控技术,使管道实测腐蚀速率低于0.03 mm/a ;③阐明了超临界CO2 管道减压波及裂纹扩展特性,提出了基于全尺寸试验的管道止裂韧性评估方法;④研制了国产化液态CO2 管输增压泵、密相注入泵等关键装备,并构建了初步的CO2 管输技术标准体系。结论认为:①所形成的技术体系与工程实践,可以为保障中国未来超临界CO2 长输管道的安全、高效、规模化建设与运行提供核心理论支撑与技术借鉴,有力支撑区域CCUS 产业集群基础设施建设;②展望“十五五”规划,建议从国家层面加强顶层设计,持续攻关高精度仿真、人工智能(AI)防腐、多源管网优化等前沿技术,加快完善全链条标准规范,并超前布局陆海联输管网规划,为实现2060 年“碳中和”目标奠定坚实的基础。

全球海上CO2封存现状及中国近海机遇与挑战

摘要:海上CO2封存是碳封存的路径之一。全球已广泛开展的CO2海洋封存研究与商业示范案例对中国近海盆地CO2封存研究具有借鉴意义。本文从全球CO2海洋封存发展现状出发,结合典型CO2海洋封存示范工程,根据项目背景、政策/资金/技术支持、国际合作以及地质工程特性等相关项目概况,对比分析中国实施CO2海洋封存项目潜在的机遇与挑战,最后对CO2海洋封存技术在中国近海的发展进行了展望。未来中国近海盆地CO2海洋封存研究应从全海域级、盆地级、区带级以及场地级,由面到点、逐级递进、不断聚焦,构建适合中国近海盆地特点评价优选体系标准和相应的客观量化评价方法体系。

在役天然气管道掺氢应力腐蚀开裂研究进展及展望

摘要:【目的】全球氢能需求正大幅增长,对氢气输送技术提出了新要求。在现有技术路径中,利用已建成的天然气管道开展掺氢输送,是一种兼具经济性与高效性的解决方案。但该输送方式也面临诸多挑战,尤其在复杂腐蚀环境中,管道易出现应力腐蚀开裂(Stress Corrosion Cracking, SCC)风险。通过研究氢-腐蚀-应力耦合作用下管道的 SCC行为,可为掺氢天然气管道的安全评估与防护提供理论依据及实践指导。【方法】阐述了应力腐蚀的阳极溶解机理(包括氧化膜开裂、滑移溶解、膜致脆断等),探讨氢致开裂机理,并分析了材料因素(元素含量、夹杂物、微观结构等)、环境因素(温度、外加电位、腐蚀介质、pH 值等)、应力因素(残余应力、膜致应力等)及气态氢对管道 SCC 行为的影响规律。【结果】氢的掺入会降低管道材料韧性,显著加剧管道 SCC 风险。材料的微观组织、加工工艺及力学性能均会影响其氢脆敏感性:含碳量增加会提升材料脆性,晶界碳化物的存在则会加速SCC进程;温度、外加电位及腐蚀介质的变化对管道 SCC 敏感性的影响无统一规律,需结合管道材料特性开展多因素耦合分析;在应力层面,残余应力与膜致应力在氢-腐蚀-应力的共同作用下,会显著促进裂纹形核与扩展,进而加速管道发生SCC。【结论】当前在掺氢天然气管道SCC风险评估与管理方面的研究存在不足,尤其在掺氢比确定、安全性评估、相关技术工艺优化等领域。未来需重点关注氢能管道输送技术的核心问题,主要包括管材相容性验证、管道寿命预测、氢能管道输送技术标准体系的建立与完善等,可为在役天然气管道掺氢输送提供更有力的保障,推动氢能大规模应用。

铁基非晶合金和13Cr不锈钢在超临界CO2环境的腐蚀行为

摘要:非晶合金由于其独特的结构、优异的耐磨耐蚀性能在海洋及CO2地质封存领域展现出广阔的应用前景,有望成为超临界CO2环境下钢构件的耐蚀涂层材料,但关于非晶合金在该环境下的腐蚀行为鲜有报道。利用高温高压反应釜对SAM2X5铁基非晶合金与13Cr马氏体不锈钢在温度80℃,压力10 MPa的模拟环境下进行腐蚀行为对比研究。通过XRD、DSC、CLSM、SEM、XPS以及电化学Mott-Schottky 测试等方法对两种材料的微观结构、腐蚀形貌以及表面膜成分及结构进行表征与分析。研究结果表明:在高温高压的超临界CO2环境下进行168 h腐蚀试验后,13Cr不锈钢表面发生严重的点蚀,而铁基非晶合金表面无点蚀发生;非晶合金表面膜除Fe和Cr外,富含大量的Si元素,会促进形成稳定致密的钝化膜;13Cr不锈钢表面膜为p型半导体,非晶合金表面膜为n型半导体,13Cr不锈钢钝化膜载流子密度远高于铁基非晶合金。证实了在该环境下铁基非晶合金的耐蚀性能远优于13Cr不锈钢。

海洋原油外输软管拉伸刚度影响参数研究

摘要:海洋原油外输软管广泛用于海上FPSO和油轮的原油外输,软管在海洋环境作用下会受到轴向拉力,拉伸刚度是影响轴向受力的关键结构性能参数。根据《API SPEC 17K》标准和《GMPHOM2009》规范的要求,需要确定软管的拉伸刚度。基于Rebar方法定义海洋原油外输软管的帘线增强层,利用有限元软件ABAQUS建立某国产海洋原油外输软管的轴向拉伸模型,并计算不同结构参数条件下的软管拉伸刚度。计算结果表明:帘线增强层是海洋原油外输软管的主要抗拉伸结构层,帘线铺设角度越小其拉伸刚度越大,软管抗拉伸能力对帘线层数比较敏感,帘线层数越多软管抗拉伸能力越强;螺旋钢筋层的钢筋直径和螺距在一定程度的拉力范围内与软管的拉伸刚度保持良好的线性关系,软管的拉伸刚度随着钢筋直径的增大而增大,随着螺距的增大而减小。研究结果可为海洋原油外输软管的结构设计和实际应用提供参考。

高压氢气管道氢脆问题明晰

摘要:利用长输管道(尤其是现有的天然气管道)进行氢气输送,是发展规模氢能经济、加速实现能源转型战略的重要一环,但在高压氢气环境中,管道存在发生氢脆的潜在可能,严重影响了管道安全,并制约了氢气管道工业的发展。解释了氢脆现象的科学含义,澄清了诸多关于管道氢脆问题的误解及不明之处,详述了管道氢脆发生的条件、过程及机理,着重阐明了“气态环境氢脆”与“液态环境氢脆”的实质区别,并梳理了管道氢脆的独特特征和技术挑战。根据最新的相关研究成果及亲身的学术交流经验,指出了管道氢脆领域当下迫切需要解决的科学与技术问题,以期为天然气管道掺氢输送的安全运行提供技术发展路径。

中国天然氢气勘探领域与发展方向

摘要:天然氢气作为一种清洁能源将在未来的能源格局中占据重要位置,全球多个国家和地区已经在不同地质环境中开展了天然氢气勘探与研究工作。为讨论中国天然氢气勘探领域的发展方向,从氢系统的角度出发对中国天然氢气调查实践成果与成藏机理研究进行了分析,基于大地构造条件、地下水赋存特征、氢源岩类型与时空分布等对中国未来的天然氢气勘探潜力区进行了预测评价。结果表明:①中国多个沉积盆地均检测到氢气异常显示,最高浓度达99%,断裂带等其他地质环境中也发现了一定含量的氢气,这些氢气具有混合来源特征。②中国氢源岩类型多样,包括蛇绿岩、条带状铁建造(BIF)、玄武岩、花岗岩与铀矿等,且具有时空分布特征。盆地外的深大断裂可释放来自深部的氢气,盆地内的断层不仅沟通着氢源与储层,还可以形成构造圈闭。含氢储层包括页岩、砂岩、煤等多种岩性,孔渗特征差异较大。③通过综合评价氢源岩组合与地下水等条件,划分华北、东北、西北、华南及西南等五大区域,松辽盆地、渤海湾盆地、准噶尔盆地及其周围存在天然氢气远景区,以西藏为代表的蛇绿岩型天然氢气具有勘探潜力。多时代、多类型氢源岩的复合叠加效应以及地下含水区是形成高含量天然氢气的重要地质条件基础,实际工作中需要额外考虑断裂与地层岩石特征对天然氢气赋存的影响。

中国石化工程科技2035发展战略研究

摘要:本文在把握国内外石化工业和工程科技发展趋势、研判我国2035 年经济社会发展前景、预测我国重大战略需求的基础上,提出了2025 年和2035 年我国石化工程科技发展的战略思路、战略目标、重点任务和措施建议。

深水油气开采用海洋立管研究进展与展望

摘要:海洋立管作为连接海洋平台和海底管道的关键装备,是深水油气开采全系统中重要而又薄弱的环节,事关海洋石油工业高质量发展;在深水油气资源开发受到广泛关注的时代背景下,系统梳理深水油气开采用海洋立管的研究与应用情况并前瞻未来发展,兼具理论研究和工程实践参考价值。本文从抗疲劳、耐腐蚀两方面分析了深水油气开采用海洋立管的严苛服役性能要求,针对钻井隔水管、钢悬链立管、张力腿平台筋腱立管3 种最为典型且应用广泛的海洋立管形式,综述了相应研究现状,比对了国内外相关产品的差距并展望了对应的发展方向。整体上,深水油气开采用海洋立管作为高风险、高难度、高附加值的石油钻采装备,制造工艺复杂、技术含量高,相关核心材料和技术一直被国外企业垄断;国产海洋立管材料存在强度波动大、断裂韧性低、抗疲劳能力不足等问题,难以全面满足严苛复杂的海洋服役条件,制约了我国海洋石油工业的发展水平。亟需系统布局,引导上下游企业与高校、科研院所联合开展相关产品的基础研发与工程应用研究,加快实施海洋立管制造全产业链的协同创新。

四川盆地深井超深井钻井关键技术与展望

摘要:四川盆地深层超深层海相碳酸盐岩油气资源丰富,是未来油气勘探开发的重要领域。为此,基于盆地深层、超深层海相碳酸盐岩油气埋藏深、压力系统复杂、地层温度高、岩石坚硬等特点,分析钻井面临的主要技术难点,总结了近年来经过持续攻关、不断完善形成的深井超深井钻井关键技术,并提出今后的重要攻关方向。研究结果表明:①持续开展了深井超深井钻井关键技术持续攻关、优化集成与实践,形成了以非常规井身结构优化拓展、安全高效优快钻井、气体钻井、抗高温钻井液、精细控压钻井固井、数字化钻井等为核心的钻井关键技术,成功实施了完钻深度达9 010 m 的SY001-H6 井等一批标志性超深井的钻探作业;②随着四川盆地海相碳酸盐岩油气勘探开发不断向深部推进,深井超深井钻井面临的工程地质风险、新的挑战仍然不断出现,还需进一步开展孔隙压力精确预测、高温超深井眼轨迹控制、抗高温工作液体系、高效破岩与提速工具、地质工程一体化、轻质高强度合金钻杆等攻关研究,以实现深井超深井钻井关键技术与装备的不断迭代升级,才能更好地支撑深层超深层碳酸盐岩油气高效勘探开发。结论认为,盆地深井超深井钻井关键技术的形成,加快了资源的快速转换,支撑了油气的增储上产,助推了安岳、龙岗、双鱼石等大型气田的发现,为四川省打造千亿立方米天然气产能基地奠定了技术基础。