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勤修苦練60載,擔當大國重“氣”特種兵
2018-09-27 07:37:26 來源: 科技日報
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  2017年,亞洲最高生産壓力的含硫氣井因井口水合物堵塞而停産,是中國石油西南油氣田分公司天然氣研究院(以下簡稱天研院)利用前沿布局技術成功解除堵塞,引領了超高壓氣井水合物堵塞解除技術的發展。

  2008年,分子篩脫水工藝在高含硫天然氣開發領域備受關注,天研院通過室內研究發現該工藝在高含硫條件下存在破綻,避免了因採用分子篩脫水而引起下遊産品氣總硫超標的風險。

  ……

  成立60年,天研院或是臨危受命或是防患未然,像戰場上潛伏已久的特種兵,在關鍵時刻發出制勝一擊,保障工業安全生産,服務百姓順暢生活。

  居內陸而聲自遠

  “不管是東部還是西部,不論在陸地還是海上,每一家石油公司都會設立兩個研究機構——一個專門探尋油藏居所,另一個想盡辦法將油氣開採出來。這兩支科研團隊就像軍隊中的主力軍,規模龐大、至關重要。但是天研院的作用不在其列,它更像是軍隊中的特種兵。”天研院院長常宏崗對自己供職30余年的單位認知清晰,“歷經60年,天研院定位自己的理念是:不貪多,不求大,而是放眼全國,精耕細作——小專業能做大事業。”

  天研院的“小”體現在負責領域的垂直細分——天然氣流量測試、分析檢測、腐蝕與防護、天然氣凈化、油氣田開發化學等特色技術,每一項都落在油氣開採的具體一環,但仍遠遠涵蓋不了全流程;天研院的“大”體現在技術環節的不可或缺——標準物質的研制、有毒物質的脫除、油氣田配套化學技術的開發等等,每一項技術與産品的誕生都是為了解決開採高含硫油氣藏卡脖子的問題,很多産品備受全國市場青睞。

  建院伊始,天然氣凈化技術便是天研院的主打專業之一。隨著國家的需要而興起、伴著市場的需求而調整、迎著時代的變化而轉變。工藝技術的開發涵蓋了天然氣脫硫、脫碳、脫水、脫烴、硫磺回收及尾氣處理等技術,逐步形成了配套脫硫脫碳溶劑和催化劑係列及裝備研發能力,技術及産品服務于國內75%以上的大型硫磺回收裝置,並出口到印度尼西亞等十多個國家。

  天研院的科研實力與技術成果聲名遠播,一批具有自主知識産權、國際領先水平的實驗設備令人大開眼界——天然氣分析用標準物質高準確度稱量係統、10MPa醇胺脫硫脫碳工藝模擬係統、耐酸性高溫高壓泡沫發生與動態評價裝置等設備成為科研的重要利器。天研院擁有CNAS天然氣領域第一個具有檢測和校準資質的實驗室,獲得我國石油石化係統第一個天然氣組成分析能力驗證提供者國家認可資質,在天然氣氣質檢測領域具備國際仲裁能力。

  核心技術打造産業利器

  四川盆地是我國含硫氣藏,特別是高含硫氣藏最集中的地區,儲量豐富、開採潛力大。盡管握有豐厚的資源,卻只能讓它們靜藏地底,因為一個現實的問題擺在面前:高含硫氣體中硫化氫等成分是有毒、有害氣體,開採風險比普通氣田難度要高,一旦泄漏會造成污染,吸入極易致人死亡。天研院的核心技術“奇兵出奇效”,在勘探之後不光將天然氣從地下開採出來,而且篩選適宜的凈化技術將天然氣中的硫化物脫除。

  目前,我國已自主掌握了3500米以淺頁岩氣的開採技術,正在向3500米以深4500米以淺范圍的頁岩氣攻關。頁岩本身極其致密,需要通過高壓液體壓開地層,並利用液體攜帶的砂支撐壓開的裂縫,最終形成復雜縫網,才能將頁岩氣開採出來,這個過程叫壓裂。

  天研院科研管理科科長王道成博士介紹,壓裂作業時流行的説法是“千方砂,萬方液”——用水的需求量非常大,壓裂産生的大量返排液也需要無害化處理。天研院通過返排液的回收處理與重復利用,變廢為寶,同時解決了頁岩氣壓裂用水缺乏、返排液難處理等掣肘頁岩氣高效環保開採的難題。

  而在常規天然氣領域,鑽井過程往往帶入很多泥漿,容易將油氣藏原有孔洞堵塞,天然氣噴不出來,這就需要將各種酸液體係注入地下溶解堵塞物。但是,四川地質的獨特性又給酸化作業增加了難度。如地層溫度高,導致酸液對井筒管柱、泵注設備等嚴重腐蝕,存在安全風險,為此天研院研發的耐180℃的高溫酸化緩蝕劑,在川渝氣田高溫深井中得到了廣泛應用。

  在高含硫氣田的開發過程中,採出介質中的硫化氫、元素硫等會腐蝕井下和地面管材和設備,嚴重時會導致管材穿孔、有毒物質泄漏、人員中毒和環保等問題。針對這一現狀,天研院建立了國內腐蝕條件極為苛刻(最高溫度260℃、最高壓力100MPa)的高酸性氣田腐蝕與防護實驗室,獲取“金屬材料抗硫評價”國家計量認證資質,研發出高酸性氣田緩蝕劑係列産品和整體腐蝕控制技術,並在川渝氣田、塔裏木油田、吉林油田,以及土庫曼斯坦的阿姆河右岸氣田廣泛使用。

  發布標準把握國際話語權

  相較于油氣開採、傳輸、處理環節實實在在的成套技術與産品,天研院的分析檢測與流量計量研究在外人看來似乎顯得“不可觸摸”,因為沒有實體産品,給出的僅僅是冰冷的數據。殊不知,這樣的基礎研究從建院之初服務航天工業,發展至今引領兩項國際標準,它既與國家利益密不可分,又與百姓生活息息相關。

  2018年全國“兩會”期間,代表委員提出要加快天然氣産品標準的升級換代與國際接軌。原因在于,目前我國的民用天然氣總硫指標仍沿用1999年的規定,與日趨嚴格的環保要求不相適應,對標歐美等發達國家對天然氣中總硫含量的要求也不算領先。天然氣研究院響應時代的要求,在2017年完成了GB 17820《天然氣》的修訂和報批。

  天然氣計量是一種無法復現的動態測量,計量器具的不確定度是評價計量器具準確與否的關鍵。2017年天研院建成天然氣原級標準裝置,其不確定度范圍為0.05%—0.07%,與以“精密測量”著稱的德國聯邦技術物理研究所(PTB)處于同一個水平。在中亞、中俄、中緬管線的關鍵貿易口岸,氣質檢測和計量交接設備的檢定都由天研院承擔,常宏崗表示,“在貿易交接中如果不確定度能夠提高萬分之一,就意味著每日可以為國家減少巨大的經濟損失”。

  為了保證我國在天然氣國際貿易中的權益,天研院從2010年起抓緊攻關天然氣分析測試關鍵技術,2014年代表國家在天然氣領域主導制訂和發布國際標準《天然氣總硫的測定/氧化微庫侖法》(ISO 16960-2014),2017年再次牽頭制定和發布國際標準《天然氣硫化合物測定用紫外熒光法測定天然氣總硫含量》(ISO 20729-2017),使國家在天然氣進出口貿易中有了據理力爭的科學依據和國際仲裁能力。

  服務民生,看得見摸得著的“體積計量”使用已久,更公平合理的“能量計量”也呼之欲出。在天研院的發熱量測定實驗室,將天然氣通入發熱量測定係統,天然氣的熱值便直接可得。這讓開採在各地的天然氣匯入國家大管網之後,能夠測得準確的發熱量,進而實現能量計量。這樣科學、公平、利于供需雙方利益維護的計量方式,怎能不得到市場的歡迎?(何 亮

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【糾錯】 責任編輯: 徐宙超
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