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解决气荒,建成地下“气口袋”靠这些本领

近日,10位两院院士和4位专家鉴定认为,22个中石油天然气储气库建设总体处于国际先进水平,在复杂地质条件下储气库的选址与建设技术国际领先。这就意味着,“在中国,通过建设更多储气库调节‘气荒’的技术储备已经成熟,中国有能力建设更多难度更大的储气库。”中石油西南油田分公司教授级高工马新华说。

注得进,评测模型找到精确“气口袋”

地下储气库是把天然气注入地下圈闭或人造洞穴形成的一种储气场所,它往往选择枯竭的油气田作为“气口袋”的居所。

中国工程院院士罗亚平在鉴定会上表示,我国储气库的地质资源特别匮乏,从上世纪勘探出133个储气库地址,经过三轮筛查只选定了22个。

目前,国内建成的22个储气库,埋深最深的达到5000米,相较于世界上90%储气库都埋在小于2000米的地层,我国的平均深度要比它们再深500米。“不是我们喜欢挑战难度,而是中国的地质条件太过复杂。”马新华告诉科技日报记者,我国已建储气库多数为陆相沉积环境,地质构造破碎,如果将国外储气库比作较完整的碗装水,中国的储气库就如一个已经有很多裂纹的破碗,还需要装很多水,不精细控制装水量和装水的压力,怎么可能避免泄漏?

经过17年储气库建设与自主技术攻关,中石油创建了以储气库地质体为对象的评价方法——动态密封性评价。通过对盖层、断层、托底层、储藏层不同的力学模型分析,找到合适的储气库选址或技术方案,通过对内部气流、水气运动机理分析,形成分区库容设计、产能评价、注采井网部署等储气库地质方案优化设计方法,以保证“气口袋”居所的合适与建设的科学。

存得住,新型材料填补地层“漏洞”

地下“气口袋”实际就是枯竭气藏,它们经过长期开采,地层压力最大降到原始压力的10%,建库钻井过程中地层易漏、垮塌。而且,因为“气口袋”是在夏季集中注气、冬季集中采气,相比于在一年中匀速运输的常规气井,储气库井就是在变速运输。常规气井的注采压力是由高到低缓慢变化,储气库井的注采压力则是高低压剧烈交叉变化,这就很容易让夹在井管与底层之间的固井水泥在压缩与膨胀间开裂,发生天然气泄漏。这两种情况都对天然气的存储提出挑战。

2015年10月,美国洛杉矶西北阿里索峡谷储气库就因固井管柱失效等原因,存储的天然气持续泄漏两个月,峡谷内释放到空气中的甲烷气体已达10.7万吨,事故初期每天的甲烷泄漏量造成的环境影响,相当于20万辆汽车一整年的二氧化碳排放量造成的温室效应。

为保证地层在建库钻井过程中的承压能力,使裂纹较多的储气库不外泄天然气,项目团队研发出一种复合凝胶堵漏材料,它是通过井管周围空隙中压力变化被挤进漏缝中,吸附地层中的水气以实现颗粒的变形和压实,聚集成封堵带保证钻井不会因周围压力的变化而垮塌;项目组还针对水泥环壁裂变的情况,自主研发了两套晶须纳米材料类的高强低弹模韧性水泥浆,在中国西南储气库——相国寺储气库应用中固井质量合格率100%,实现抗压强度与耐温和稳固性上的领先。

采得出,大型装备自己造

储气库中天然气的使用有个形象的名词叫做“大吞大吐”,正常油气田的运行速率是全年容量的3%,储气库的运行速率半年要达到容量的50%。当储气袋瘪着肚子时,注气轻而易举;当它快撑满时,注气压力就变得“步履维艰”。马新华给出一个数据——注气到最后阶段,井口的压力将达到40兆帕,相当于400多个大气压。

这样的大气压强需要对应地面高压大流量的核心技术与装备。针对储气库地面装置规模大、运行工况复杂、注气压力高、采出气介质二氧化碳腐蚀性强等特点,团队自主研发了储气库地面注采核心技术和装备,譬如与中国航天西安向阳航天材料股份有限公司研制了大口径高钢级双金属复合管,与不锈钢纯材相比成本降低60%,应用于呼图壁储气库,经济有效地解决了大流量采气管道二氧化碳腐蚀难题。

除此之外,项目组集成创新制造了大功率高压注气往复式压缩机组,对照于美国Ariel压缩机5816kW、41兆帕排气压、140万立方米/日排气量的性能指标,国产设备的指标达到6000kW、排气压力43兆帕、排气量153万立方米/日,优于美国同类机型。 (记者 何 亮 瞿 剑)

(责编:初梓瑞、庄红韬)

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