“双碳”目标下氢能产业高质量发展的管输战略与关键技术突破

摘要:【目的】在“双碳”战略与能源结构转型的背景下,氢能作为清洁低碳的二次能源,是实现交通、工业等领域深度脱碳的关键载体。但当前氢能产业存在用氢成本高、基础设施不足、技术成熟度低等问题,尤其是储运环节成为制约其规模化应用的核心障碍,亟需破解氢能供需错位难题,全面推动传统能源基础设施转型与构建新型能源体系。【方法】调研了国内外氢能产业的战略布局与发展现状,深入分析了中国氢能发展的国家战略与地区政策,梳理了氢能产业布局以及未来趋势,剖析了氢能产业发展的“痛点”,指出了氢能管输系统的关键技术难点及突破点,并结合中国氢能管输发展形势提出了相关建议。【结果】中国氢能产业市场需求持续增长,但较高的用氢成本制约了产业规模化发展;管道输送是实现大规模、低成本氢能输送的最优选择。当前中国氢能管输仍处于起步阶段,尚未形成跨区域输送网络,且面临输送工艺适配性不足、管材氢脆风险突出、安全运维难度大及标准体系不完善等多重技术挑战,制约了产业协同发展效率,应根据中国基本国情制订氢能管输系统短期、中期以及长期的技术发展路线。【结论】推动氢能产业高质量发展需以管输体系重构为重点,应建立健全氢能项目监管与标准体系,明确绿氢认证及管输安全规范,加快核心技术攻关。短期开展中低压氢能管道输送示范,中期构建全国氢能管网架构,远期形成多能协同的泛氢能源网络,并通过产业链协同与基础设施融合,系统降低氢能储运成本,实现从示范应用到商业化的跨越,构建低碳、高效、安全的能源体系,助力“双碳”战略目标的早日实现。

高频焊薄壁管成型仿真与分析

摘要:钢带边缘波浪是影响高频焊薄壁管质量的关键因素,为了有效地控制边缘波浪,通常做法是钢管试制来确定合适的成型工艺,既耽误生产进度,又浪费材料。通过对ø219.1、ø406.4和ø610.0mm规格高频焊管的成型过程建模,仿真分析了薄钢带在整个成型过程的等效应力和最大塑性变形,发现钢带边缘波浪主要出现在粗成型段过弯边辊区域对弯边辊至2#辊组的钢带边缘的径向位移进行线性拟合分析,得到了钢带边缘波浪的发生趋势随着下山量和弯边辊下移量等参数的变化规律。通过工艺参数匹配的成型仿真计算,确定的成型工艺参数匹配直接用于L245Mø406.4mm×6.0mm高频焊管的批量生产,节省了钢管试制时间, 且综合材耗下降了2%,取得了良好的经济效益。

纯氢及掺氢天然气管输系统消氢防爆技术研究进展及展望

摘要:【目的】在全球能源转型及“双碳”目标下,氢能作为清洁能源载体应用前景广阔,但纯氢及掺氢天然气管输系统的氢气泄漏存在高燃爆风险,亟需对消氢防爆抑爆技术进行全面探究以保障输送安全。【方法】通过文献调研及综述分析的方法,系统归纳了消氢技术、被动与主动防护技术、抑爆技术的科学原理,评估了各类技术的消氢抑爆效能、适用场景及局限性,重点剖析了多介质协同消氢抑爆的创新模式,并梳理了国内外最新研究成果与工程案例。【结果】在消氢技术方面,开放空间中通风方式的效果受限,惰化法虽抑爆效果好但规模化成本与安全风险并存,催化消氢效率高却面临催化剂抗毒化能力不足的挑战,而多级协同消氢体系(如通风+惰化+催化)可显著提升安全性与消氢效率。在阻爆及泄压技术方面,主动式阻爆响应快但设备可靠性要求高,被动式阻爆需针对氢气特性优化结构,泄压技术受泄放口尺寸、气体浓度影响显著,需防范二次燃爆。单一抑爆技术均存在局限性,惰性气体抑爆需高浓度支撑、液相抑爆存在设备腐蚀风险、粉体抑爆在纯氢环境中效果有限、多孔材料抑爆面临材料选型及适应性等挑战,而协同抑爆技术通过多种抑爆剂的协同作用,可显著提升抑爆效果。【结论】当前消氢防爆抑爆技术仍面临成本高、材料适应性不足及复杂工况稳定性差等挑战,未来需发展“高效消氢+多介质抑爆”的协同模式,研发低成本耐毒化催化剂、智能调控系统及吸氢靶向材料,优化抑爆介质配方,建立场景化安全标准,为氢能管输系统的安全运行提供技术参考。

智能钻头技术研究与应用探索

摘要:实际钻井过程中,在多主频、多维度、多振幅复合的六自由度复杂振动作用下,极易引发井下钻具疲劳损坏与岩石重复破碎,钻井工程在效率、安全、效益和质量层面面临着严峻挑战。作为破岩钻进的直接执行机构, 钻头动力学响应是钻进参数、地质特性、钻具结构数据关系的直接体现。开展钻头位置数据采集与融合挖掘,是统筹钻进效率、经济效益、风险控制关系,针对性开展提速增效工具改进与钻井参数优化的根本需要。智能钻头技术是解决上述问题的重要手段。由此对智能钻头技术硬件研发与数据分析过程中的部分关键问题进行了探索,针对性地提出了中心式模块应力测量的刚性连接方案,设计了运动测量的棱柱式阵列构型及数据推算方法,开展了模块结构水力学优化;研制智能钻头样机, 基于实测数据开展了BHA井下听诊与钻井参数优化应用探索;开展现场应用测试5井次、累计入井超140h,工艺与方法可靠、有效。

地热U型井磁导向钻井连通关键技术

摘要:地热能源的开发中采用U 型井闭式换热,所有回灌水经密闭系统处理,其“取热不取水”的技术特点避免了由于回灌不充分或发生泄漏造成的地下水污染。U 型井钻井需要直井段与水平井段实现点对点的精准对接,受大井深和轨迹调整难度的限制,常规定向钻井技术难以实现。研究基于现有的磁导向钻井技术,通过增加磁短节上磁柱数量以增强磁场强度,采用滤波降噪、角度补偿等方式有效提高测量精度,同时优化了磁导向工具、作业工艺参数等以扩大探测范围及提高技术适用性。优化后的磁导向工具在地面实验中展现出良好的工艺性能,方位误差±1.5°,距离误差±3%,耐温175 ℃。该技术应用到大庆朝热R3-U1 井组,于井深3 907 m 开始跟踪测量,于井深4 021 m 完成磁导向测量,方位偏差仅为0.16°,轨迹精准对准直井目标靶点。研究成果解决了地热U 型井精准连通的技术难题,实现了地热能源的高效提取,最大限度减少了地下水污染,为先进型地热系统的工业化推广提供了技术参考和现场经验。

南海东部恩平21−4油田超深大位移水平井钻完井关键技术

摘要: 恩平21−4油田位于南海东部海域,储量规模小,为满足其经济高效开发的需求,部署了2口超深大位移井。针对超深大位移井钻完井过程中存在的井漏风险高、井眼轨迹控制困难、井眼清洁难度大、安全作业密度窗口窄和摩阻扭矩高等技术难点,开展了井眼轨道优化设计及井眼轨迹精准控制、钻井液和水泥浆体系优化设计、套管安全下入、动态监测辅助诊断技术和完井管柱抗磨减阻技术等技术攻关研究,形成了超深大位移井钻完井关键技术,确保了2口超深大位移井顺利完钻和投产。其中恩平21−4−A1H 井完钻井深9 508.00 m,水平位移8 689.00 m,水垂比4.43,创我国海上油气田井深最深纪录。恩平21−4油田超深大位移井钻完井关键技术不但丰富完善了我国大位移井技术体系,也为万米级边际油田高效开发提供了有力的技术支撑。

海洋深层钻井关键理论与技术发展现状及展望

摘要: 为破解海洋深层油气资源高效开发面临的安全钻进与提速增效难题,系统梳理了国内外海洋深层钻井技术研究进展,通过文献调研与工程案例分析,揭示了海洋深层钻井的核心技术瓶颈与发展路径。研究表明,深海钻井面临储层高温高压、硬岩地层破岩效率低、所取岩心质量差、井眼轨迹控制难等共性挑战;当前技术体系在地温场预测、耐高温破岩工具、长筒取心装置及导向钻井系统等方面取得阶段性突破,但在高温碎岩机理认知、智能钻测控装备、长效井壁稳定等领域仍存在明显短板。基于全生命周期工程需求,提出了5 大攻关方向:建立井筒多场耦合温度预测模型,研发PDC/孕镶齿复合破岩工具与井底动力驱动取心系统,构建全机械式耐高温井斜测控结构,开发高封堵强抑制钻井液体系。研究结果可为我国海洋深层油气安全高效开发提供系统的技术发展框架与工程实践指导。

页岩油气精准压裂技术理论及实践

摘要:国内页岩油气断裂、层理、裂缝等发育,地质体连续性和稳定性差,压裂过程中人工裂缝的形态、支撑剂的铺置状态以及长期生产能力差异性大,压裂改造面临“裂缝控制区70%、均衡程度70%,支撑裂缝70%”等难题。针对国内强非均质页岩油气地质油藏特征,创新性提出精准压裂技术,并对其技术定义、内涵进行了阐述,明确了精准压裂的实现路径。研究结果表明:①精准压裂技术强调由追求“储层改造体积”向“提高裂缝控制能力”转变,由“粗放改造”向“精准改造”转变;②精准压裂技术涵盖精细地质- 地质力学建模、精准段簇组合优化、裂缝均衡扩展控制、全域支撑、多源压裂诊断与实时调控、精准压裂实施、精细排采和生产控制、压裂数字化智能化等多技术综合集成;③精准压裂技术通过多元参数综合优化,促使人工裂缝的扩展形态、支撑剂铺置状态等参数与储层参数充分匹配,达到纵向剖面动用率和平面储量动用程度最大化,提高水力裂缝的控藏能力。精准压裂技术在四川盆地南部深层页岩气、准噶尔盆地东部吉木萨尔页岩油等多领域开展应用,达到了提产、降本、增效的目的,是压裂技术的发展方向,将成为页岩油气效益开发的关键技术。

中石油深层煤岩气钻完井工程技术现状及展望

摘要: 中国能源禀赋结构以煤炭为主,全国埋深2 000 m 以深的煤岩/煤层气资源量超过40.71×1012m3,深层煤岩气资源丰富,但深层煤岩气在地质方面与中、浅层煤层气差异显著,具有储层埋深大、游离气与吸附气并存、富割理等特点,对钻完井技术带来诸多挑战。近年来,中国石油天然气集团有限公司( 中石油) 在深层煤岩气钻完井工程技术方面采用系列关键核心技术,并对现场应用效果进行了系统分析。中石油深层煤岩气开发初步形成了深层煤岩气“水平井+大规模压裂”的主体开发模式,在深层煤岩气建井过程中面临基础理论研究薄弱、优质储层钻遇率低、一趟钻占比低、长水平段井壁失稳严重等系列问题。针对深层煤岩气规模化发展趋势提出建议: 围绕现场实际生产需求,坚持地质—工程一体化为核心,强化基础理论研究,创新发展深层煤岩气优快水平井钻完井技术,着力打造适应深层煤岩气的工程技术与装备,持续提升储层钻遇率和单井产量,探索颠覆性与引领性融合开发模式,实现深层煤岩气提质、提产、提速、提效“四提”目标,最终推进低碳绿色发展,助力实现“双碳”目标。

地下储氢库井筒完整性研究现状与发展建议

摘要:地下储氢库作为大规模储氢的核心技术方案,展现出广阔的应用前景。但地下储氢库井筒受周期性载荷、氢气反应性与氢气高渗透性的耦合作用影响面临失效风险。为此,重点梳理了地下储氢库运行期间井筒可能出现的失效类型,系统阐明了周期性注采过程与氢致井筒部件损伤之间的耦合作用机制,并在此基础上提出针对性的防控建议与未来研究方向。研究结果表明:①地下储氢库主要井筒失效类型包括注采循环与氢协同作用下的井筒金属部件损伤、非金属密封件失效、水泥环的密封完整性失效;②现有防护材料(如表面涂层、抗氢合金、高分子复合材料)可在一定程度上缓解氢脆、微生物腐蚀及弹性体失效,但在真实复杂工况下的长期有效性尚未得到充分验证;③基于多物理场耦合框架,引入套管氢脆临界应力,建立的环空压力预警阈值计算方法进一步明确了环空压力安全边界;④地下储氢库井筒失效的防治需要从管柱氢脆防治、抗氢材料研发、氢-水泥环相互作用机制及完整性智能监测、环空压力管理等多方面持续开展工作。结论认为,地下储氢库井筒失效是多因素耦合作用的结果,未来研究应基于实际工况构建覆盖材料、结构、监测的完整性技术体系,为地下储氢库安全运行提供理论支撑与工程指导。