掺氢天然气中氢气分离纯化技术的研究进展

摘要:【目的】掺氢天然气运输是规模化输氢的路径之一,氢气的分离纯化则直接关系到终端用氢品质与经济效益。由于掺氢天然气氢含量低、组分复杂、压力范围广以及对分离后氢气与天然气的质量要求等,传统分离纯化技术面临分离效率低、能耗高、适应性不足等挑战。【方法】通过文献调研,系统综述了掺氢天然气氢气分离纯化技术研究进展,总结了掺氢天然气的特性与分离纯化要求,分析了变压吸附、膜分离、电化学氢泵及集成技术的发展情况和特点,并就实际应用的关键研究方向进行了展望。【结果】在经济效益的约束下,变压吸附面临性能不足与天然气再压缩问题,需开发高效低成本的吸附剂和优化工艺,探索氢气直接吸附与吸附热利用路径;膜分离技术工艺简单、回收率高、扩展性强,其性能、寿命及成本的改善将有力促进掺氢天然气氢气分离纯化的应用,应重点关注预处理方向的材料与装备开发,通过材料改性、支撑加工等方法提高分离效率与稳定性,加速规模化应用;电化学氢泵凭借高效、同步压缩等优势展现了集成潜力,但存在能耗成本高、水热管理难、杂质中毒等问题,未来需提高质子膜导电率与抗杂质渗透性,开发耐毒催化剂,优化流场与水热调控策略,进一步降低设备成本;集成技术兼顾纯度、回收率和成本,与掺氢天然气氢气分离纯化最为匹配,需继续优化多场景工艺流程,研究杂质协同处理方法并拓展新型集成工艺。【结论】目前掺氢天然气中氢气分离纯化技术的研究多集中于理论研究与实验阶段,需要尽快在天然气掺氢平台或项目上开展实际测试,结合真实场景推动工艺优化与装备开发,提高技术经济性、成熟度及适应性,助力氢能规模化应用。

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。