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。

深层煤岩气超2000m水平井段钻井关键技术

摘要:长水平段水平井钻井技术在提高深层煤岩气单井产量和降低钻井成本方面具有巨大优势,已成为实现高效开发的关键。针对鄂尔多斯东缘斜坡带深层煤岩气水平井长水平段钻井面临的井壁失稳、轨迹控制难、摩阻扭矩大等难题,通过模拟计算井眼轨迹偏移距与摩阻扭矩的关系,优化确定了安全避障的偏移距;将井身结构由“导管+二开”优化为“导管+三开”井结构;采用“双二维+小三维”模式的六段制“直—增—稳—扭—增—稳”轨道剖面实现轨迹优化;钻井中集成应用“PDC 钻头+1.25°单弯单扶螺杆+水力振荡器”增斜钻具组合与“PDC 钻头+近钻头方位伽马+1.25°单弯双扶螺杆+水力振荡器”稳斜钻具组合,实现了精准轨迹控制;从“封堵防塌、化学疏水、润滑防卡”三个关键点入手,优化形成了强封堵、强抑制、强润滑的钻井液体系。最终,集成形成了以地质工程一体化设计、井眼轨迹控制、防塌钻井液及井眼清洁技术为核心的深层煤岩气长水平段钻井技术体系。该技术在JS6-3 井台进行了现场试验,完钻3 口井水平段长均突破2 000 m,并创造水平段“一趟钻”2 104 m 记录,平均钻完井周期较设计缩短21.3%,水平段平均复合钻进比例93.8%,黑金靶体钻遇率96.0%。该技术为鄂尔多斯东缘斜坡带深层煤岩气高效开发提供了重要技术支撑,可为国内深层煤岩气长水平段水平井钻井提供技术参考和借鉴。

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。

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。

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)。