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。

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。

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。

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。

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。

稠油井下大功率加热电缆结构对传热行为影响

摘要:蒸汽辅助重力泄油(steam assisted gravity drainage,SAGD)是开发稠油油藏最有效的技术之一,井下大功率电加热技术是提高SAGD工艺技术能效的重要技术手段。为研究井下大功率加热电缆结构对传热行为的影响,基于计算流体动力学和传热学理论,建立了SAGD注采工艺井筒蒸汽循环电加热数值模型,开展了6种结构的加热电缆在不同注汽量、功率下的传热行为研究。研究结果表明:在传热过程中,随着注汽量的增加,蒸汽和电缆芯线的平均温度降低;而随着加热功率的增加,平均温度升高;对于三芯单护套、三芯双护套、单护套集成和双护套集成这4种电缆,其芯线与护套之间的平均温差为16.7 ℃,其中三芯单护套传热效果最好;而双护套空气式和单护套空气式电缆由于内部空气的低热导率限制了芯线向外界的传热,导致芯线与护套的平均温差分别达803和763℃,氧化镁作为传热介质更合适。研究结果可为稠油井下大功率加热电缆的结构选型提供理论依据。

电催化CO2还原制甲醇及机器学习赋能

摘要:随着全球对二氧化碳排放的关注日益增加,电催化二氧化碳还原(ECO2R)制甲醇在碳达峰背景下显得尤为重要。然而现有ECO2R催化剂在活性、选择性和稳定性等方面仍存在一些挑战,限制了其实际应用,这使得开发高效催化剂成为该领域的核心研究方向。传统的催化剂设计是通过试错法进行,效率低下。因此,需要寻找新的加速催化剂开发的方法。随着AI的快速发展,机器学习逐渐成为推动催化剂研发的重要工具。本文系统综述了ECO2R制甲醇的反应机理,总结了近年来铜基、非铜基及酞菁基催化剂的最新研究进展。最后介绍了机器学习应用的基本程序,从数据收集到模型验证,并重点阐述了其在催化剂活性预测、催化剂设计及优化方面的应用。尽管机器学习在ECO2R研究取得了显著进展,但仍存在若干挑战,包括数据稀缺、模型可解释性不足以及缺乏通用预测框架等。未来研究应致力于构建高质量的催化剂数据库,提升模型的可解释性和泛化能力。本综述旨在为ECO2R制甲醇的催化剂设计提供全面的视角,并强调机器学习在推动该领域实现突破性进展中的关键作用。

热采井中油套管钢的腐蚀行为

摘要: 采用高温高压反应釜模拟稠油热采CO2和H2S腐蚀环境,研究了热采井油套管钢110H、L80-3Cr、L80-9Cr和L80-13Cr在此环境中的腐蚀行为。结果表明,在单一CO2腐蚀环境中,随着温度的升高,4种油套管钢的均匀腐蚀速率均增大,80℃时随着油套管钢中铬含量的增加,均匀腐蚀速率降低。在CO2和H2S共存腐蚀环境中,油套管钢的均匀腐蚀速率随 CO2和H2S分压比p(CO2)/p(H2S)的变化呈现不同的规律:80℃时,随着p(CO2)/p(H2S)增大,110H和L80-3Cr的均匀腐蚀速率逐渐增大,而L80-9Cr和L80-13Cr呈现先增大后减小的趋势;150℃时,随着p(CO2)/p(H2S)增大,4种油套管钢的均匀腐蚀速率先增大后减小。在300℃和350℃的CO2和H2S共存腐蚀环境中,L80-9Cr和L80-13Cr的耐蚀性远远优于L80-3Cr和110H。

中国页岩气研究与发展20年:回顾与展望

摘要:中国页岩气科学研究和勘探开发已历经20 年,创新形成了以中国南方海相页岩气富集规律为代表的诸多理论与认识,支撑了国内页岩气产业健康快速发展,2023 年中国页岩气产量达250×108 m3,在当年全国天然气总产量中的占比超过10%,页岩气已经成为中国天然气产量增量的主力军之一。为了给中国页岩气产业高质量发展提供借鉴和参考,系统回顾了国内页岩气科学研究和勘探开发历程,归纳总结了富有机质页岩发育机理、页岩气优质储层特征及其成因机制、页岩气源—储协同演化机制、页岩气赋存机理与含气性评价、页岩气富集高产机理与评价、页岩气储层改造、页岩气开采等理论和技术进展,分析研判了面临的技术难题和挑战,指出了海相/ 陆相/ 海陆过渡相页岩气富集高产机理、基于动态演化过程的页岩气富集区评价方法、低丰度页岩气高效开发技术以及提高页岩气采收率技术等4 个亟需攻关的研究方向。进而针对中国页岩气商业化勘探开发所面临的挑战,提出以下建议:从新区新领域、老区挖潜及提高采收率现场试验等方面开展页岩气勘探开发攻关探索,以期早日实现中国页岩气多领域多层系、由点到面的大突破和大规模高效勘探开发,全方位推进中国页岩气革命,提升能源高效供给能力,保障国家能源供应安全。

环保型溶剂油发展趋势分析

摘要:综述了按烃族组成分类的高品质环保型溶剂油(正构烷烃溶剂油、异构烷烃溶剂油和环烷烃溶剂油)的生产技术、市场现状和发展趋势,结合3类产品的特性、用途、生产原料、生产工艺和性能参数,分析了其各自的发展前景。详述了合成异构烷烃溶剂油的发展现状、技术原理和性能指标,论述了合成异构烷烃溶剂油在环保性、生物友好性等方面的优越性;对比了现行的几种异构烷烃溶剂油的生产工艺,论证了国内现阶段发展合成异构烷烃溶剂油的经济前景和可行性,对国内环保型溶剂油的发展提出了建议。