地下空间储氢技术研究进展与应用展望

摘要:【目的】随着“双碳”战略与可持续发展目标的不断推进,氢能作为来源丰富、绿色低碳、应用广泛的二次能源受到广泛关注。地下储氢是实现氢能大规模、长周期储存的有效途径,与国外相比,中国地下储氢研究与建设起步较晚,尚无已建成的地下储氢工程案例。【方法】围绕地下空间储氢技术展开调研,剖析了盐穴、枯竭油气藏、含水层、衬砌岩洞4 种储氢地质体类型的优缺点与储存特征。针对地下储氢技术关键难点与潜在风险点,结合国外氢气地下储存的典型案例,选取枯竭油气藏型与盐穴型两类储氢库为例,系统阐述了地下储氢在地质体完整性、井筒完整性、地球化学反应及微生物反应等方面面临的风险,对比了不同风险对两类典型储氢库的影响。为拓宽地下储氢的应用场景、推进氢能产业协同发展,利用氢场景多元化与地下储氢容量大、周期长、受地质条件限制的特点,探讨了电-氢、电-氢-电、电-氢-甲烷3 类用氢场景下的地下储氢适配模式,并对3 类应用模式的未来发展潜力进行了展望。【结果】枯竭油气藏型与盐穴型两类储氢库在实际运行过程中也面临众多风险挑战,但与枯竭油气藏相比,盐穴中氢气沿围岩发生泄漏的风险概率更低,因地球化学反应、微生物反应而产生的氢气损耗量更小。地下空间储氢技术在3 类用氢场景中均有适配发展潜力,但现阶段电-氢-电、电-氢-甲烷两种方式存在能量转化效率低、经济成本高等问题。【结论】地下空间储氢技术在未来氢能大规模应用中具有广阔的市场前景,结合国外地下储氢经验与现有风险难题,发现盐穴型是目前经验技术最成熟、最优质的地下储氢库类型。为建立绿色、高效、低成本的低碳能源体系,宜优先发展以氢气为终端应用的“电-氢”协同模式。

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。

西气东输一线管道掺氢输送压缩机运行工况适应性分析

摘要:目的 将氢气掺入天然气管网会改变气体的组成和物性参数,使离心式压缩机运行工况点发生偏移,影响压缩机进出口压力、功率和能耗。为此,需对掺氢输送压缩机的运行工况进行适应性分析。方法 以西气东输一线管道为研究对象,考虑氢气掺入对天然气物性参数的影响,建立了基于相似换算方法的掺氢天然气离心压缩机特性计算模型、掺氢量为0%~20%条件下的掺氢天然气输送管道仿真模型;分析了掺氢前后在同等输量和同等发热量两种状态下,管道沿线压力、温度、离心式压缩机工况点与性能参数的变化规律。结果 对于同等输量工况,在输量为(2800~4500)×104 m3/d,掺氢量为0%~20%时,掺氢量每增加5%,典型R-R型压缩机进口压力、出口压力和压头平均增加3.34%、1.60%和0.39%,压缩机自耗气、功率和压比平均减少0.35%、4.11%和1.64%;对于同等发热量工况,在输量为(2800~3500)×104 m3/d、掺氢量为0%~20%时,掺氢量每增加5%,典型R-R 型压缩机进口压力、出口压力、自耗气和功率平均增加7.31%、5.37%、4.78%和0.84%,压头和压比平均减少0.11%和1.72%。结论 西气东输一线管道压缩机适用于掺氢输送工况。

输油气管道机器人研究现状与展望

摘要:油气运输管道因长期服役于油、气混合物及H2S等环境中,极易产生应力,进而导致裂纹或其他形式损伤,定期对管道进行检测和维修已成为行业共识。为了促进我国管道检测机器人的技术发展,为油气管道运行提供安全保障,以被动式管道机器人、主动式管道机器人及管道外机器人为主,综述了近年来油气管道机器人的总体技术趋势,介绍了管道机器人的结构分类、检测方式,并对比了各种管道机器人的综合性能、适用管况及现场适用性。指出被动式和轮式油气管道机器人相较于其他几种行走机器人有较大优势,是未来管道机器人发展的主流趋势;未来油气管道检测机器人应重点解决功能问题、通信问题、图形识别问题、定位问题及检测技术受限问题。

液化天然气长距离低温管网运输与冷能梯级利用

摘要:液化天然气(LNG) 将成为中国天然气市场的主力军,对保障国家“碳达峰、碳中和”目标顺利实现起到重要作用。LNG长距离低温管网输送有助于实现LNG蕴含冷能的高效转移与梯级利用,并可与冷网、天然气管网深度耦合,有利于促进LNG、冷能、天然气等能源综合输送跨越式发展。文章系统总结了LNG长距离低温管网输送技术、长距离管网输送LNG冷能梯级利用技术、LNG长距离低温管网调控技术和LNG长距离低温管网与多网系统的融合技术发展现状,分析了相关技术在能源安全新战略驱动下面临的关键挑战,并对未来趋势进行展望,以期为后续中国LNG长距离低温输送与多网系统融合技术应用和提升提供科学思路和技术发展方向。

基于石墨烯导热工具的随钻仪器温度调控研究

摘要: 井下高温环境会对随钻仪器中大量的传感器、电路板等温度敏感元件的性能和使用寿命造成不利影响。为此, 提出了一种基于高效导热石墨烯材料的随钻仪器温度敏感元件被动冷却方法。通过试验模拟电子元件在工作过程中的发热情况, 测试导热工具的导热效果, 并将热仿真模拟与试验结果进行对照分析。研究结果表明: 导热仪器的整体导热系数超过650 W/(m·K) ,达到了6061铝合金材料导热系数的3.27倍; 在不同的室内试验温度下, 达到热平衡状态后的导热板表面不同区域温差极小, 均低于3℃; 对比室内试验和数值模拟结果, 不同环境温度下的导热板各测温点温度曲线变化趋势接近, 其导热能力稳定性好。研究结果可为随钻设备抗高温技术研究提供理论参考。

钛合金油管腐蚀与防护研究的现状

摘要: 钛合金油管应用广泛,但一直存在腐蚀问题。概述了钛合金油管腐蚀与防护的研究现状,包括钛合金油管的特性和应用,钛合金油管的腐蚀机制,钛合金油管腐蚀状况的评估方法(质量测定、厚度测定、粗糙度检测、视觉检查、黏度测定、耐磨性测试、形变测试等)和防止钛合金油管腐蚀的措施(使用防腐蚀材料、清除剂和缓蚀剂等)。

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。

钛合金钻杆的研究现状及进展

摘要: 钛合金已被广泛应用在航空、航天、医疗、海洋工程等众多领域。因其具有密度低、 韧性好和耐腐性好等特点,在油气开发领域也得到了研发和应用。这些优点使其用作石油钻杆可大幅减轻设备重量、减少系统故障、降低能源损耗、 提高钻井延伸能力和钻探深度,占据着明显的优势,完全可替代现有的钢钻杆和镍基合金钻杆。但钛合金钻杆的生产和加工难度较大,制造成本相对较高,导致生产钛合金钻杆的成本也相应增大。同时,钛合金钻杆在生产中存在易磨损的问题,需要更高的维护成本。在未来的发展中,需要进一步研究和开发符合油气开发的新型钛合金,降低其制造成本,提高性能和稳定性,进一步推动其在油气勘探领域的应用。本文分析了钛合金钻杆在实际使用中的优势,并概述了国内外钛合金钻杆的研究现状、应用进展和存在的问题。最后展望了钛合金钻杆的研究方向和应用前景。

国内深海油气田开发用无缝钢管的设计及应用现状

摘要:随着能源需求的不断增加,全球海洋油气开发需求与日俱增。本文介绍了国内深海油气田开发现状及发展趋势,总结出深海油气田开发用管的特点及主要技术要求,调研了国内油气输送用大口径海洋用无缝管线管生产现状,论述了钢管的种类、轧制方法及国内主要钢管生产企业的生产能力,并结合国内某深水油田实际海管设计要求,指出了我国深海油气田输送管线管材料设计、生产工艺、几何尺寸和力学性能要求。鉴于我国深海油气开发起步晚,与国外发达国家相比仍存在很大差距,今后应重点完善管材设计和生产装备,同时结合输送工况的需求开发高品质大口径输送油气用无缝管线管。