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2023年09期 42   
殷布泽 黄维和 苗青 闫锋 欧阳欣 胡其会 宋光春 李玉星
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管道适合长距离、大输量的运输,是碳捕集、封存与利用技术(Carbon Capture Utilization and Storage,CCUS)连接碳源和碳汇的关键环节。但由于CO2特殊的减压特性,CO2长输管道在运行过程中发生泄漏后极易发生管材持续性裂纹扩展。为此,从试验、理论研究及数值模拟三个方面综述了国内外对CO2泄漏减压特性和裂纹扩展方面的研究现状,归纳总结不同状态方程、杂质因素、理论模型对泄漏减压特性的适应性,以及不同规模、初始条件与相态、杂质含量、泄漏方式下泄漏减压的试验成果。进而分析了不同相态、初始条件、管材、杂质含量及种类等因素对裂纹扩展的影响,并对比分析不同的CO2管道裂纹扩展理论模型及其适用范围,以及裂纹扩展与流固耦合数值模拟方法。最后对未来亟需进一步开展研究的内容进行展望,以期为国内CO2管道泄漏与裂纹扩展研究提供借鉴,从而促进并提升CCUS安全保障技术水平。

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张对红  杨毅
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面向国家石油天然气管网集团有限公司(简称国家管网集团)大规模复杂天然气管网的仿真应用需求及管道行业智能化转型的实际需要,提出了一种全新的仿真引擎核心算法——分区增量迭代法,攻关完成了具备先进性、健壮性、开放性的工业级天然气管网仿真引擎,基于总体架构和应用架构设计,完成了离线仿真软件的开发,实现了大型复杂天然气管网仿真核心技术自主可控。依托开发的天然气管网离线仿真软件,对某新建管道完成了设计校核,平均相对误差为0.1%;以全要素涩宁兰管道为对象建模,并与商业软件结果进行对比发现,管道沿线各站的压力、流量在稳态与瞬态仿真下的最大相对误差均小于1%;针对大规模、复杂拓扑结构的2×104 km级全要素天然气工业管网,该离线仿真软件对其具备仿真能力。所开发天然气管网离线仿真软件能够满足未来“全国一张网”的仿真需求,可为国家管网集团的数字化战略及智能化转型提供专业化仿真服务。

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罗小明 贾子寒 张宏阳
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H2作为清洁高效的能源载体和燃料,面临大规模存储需求。盐穴、枯竭油气藏及含水层3种地下储氢库兼顾安全性与经济性,是目前可行性最高的解决方案,其中枯竭油气藏地下储氢最具发展前景。通过对比H2与CH4、CO2的物性差异,探讨了地下储氢的特殊性,重点梳理了枯竭油气藏地下储氢面临的技术挑战及应对策略:对于不稳定驱替与渗流扩散引起的气体泄漏,需控制注气速率,优化注采及垫层气布置方案,开展盖层突破压力、表界面特性及流动传质机理研究;对于耗氢的地球化学反应与微生物催化作用,选址应避免高含氢敏感性矿物、离子及微生物的地层,防止大量H2被消耗;对于圈闭与人工材料完整性失效问题,应基于地层宏观和微观的变形及破裂演化特征,评估地层损伤与气体泄漏风险,合理选材以加强人工设施抗腐蚀、抗氢脆性能。最后,指出了未来地下储氢技术研究的攻关方向,分别为多尺度多场耦合H2损耗机制研究、地下储氢场地尺度数值模拟研究、地下储氢气体运移及泄漏监测技术研究,以期为推动地下储氢工程实践提供参考。

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梁永图  廖绮  邱睿  涂仁福  邵奇  沈亮
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随着国家石油天然气管网集团(简称国家管网集团)的成立,成品油管网逐步形成“全国一张网”的管理模式和“X+1+X”的市场体系,运营市场化、用户多元化等发展趋势给成品油管网市场化运营带来巨大变革和挑战。围绕成品油管网市场化运营的关键技术,总结了管网系统布局与资源配置优化、输送价格与输送路径协同优化、输送能力评估与分配机制三方面的核心问题,综述了国内外相关技术的研究进展并指明了发展方向。未来,成品油管网改革将持续深化,更健全的运营机制能更好地促进管网公平开放和节能减排。建议从清洁能源灵活输送、综合立体交通多网融合、公共信息服务平台搭建三方面深度发展,进一步完善管网运营机制,提升管网能源集约输送和公平服务能力,从而保障国家能源供应安全。

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陈朋超
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油气管网是国家能源安全的生命线,其系统规模庞大,赋存环境复杂,介质高压易爆,安全运行面临诸多威胁。根据油气管网的特点,以管道本体、管道线路及管道站场为对象,以业务场景为切入点,系统梳理了安全监测技术的工程需求,总结了中国油气管网监测技术的应用现状及创新发展思考。面向国家能源安全新战略和“双碳”战略,剖析了油气管网安全监测面临的挑战和关键科学问题,提出管道本体精准检测、管道线路智能监测、管道站场多源监测以及构建面向智慧管网的一体化智能监测系统,介绍了十四五国家重点研发计划重点项目“跨地域复杂油气管网安全高效运行状态监测传感系统及应用”的研究目标和攻关思路,为构建油气管网安全状态监测技术体系奠定了基础。

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张宏,刘啸奔,戴联双,吴锴,江金旭,陈朋超,吴张中,费凡,王昊
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高钢级油气管道环焊缝的断裂失效是目前中国油气管道工业最为关心的问题。近年来管道环焊缝断裂失效事故表明,导致环焊缝断裂的最主要原因是地质灾害引起的作用在管道上的土壤位移载荷。为保证管道安全,需要对土壤位移作用下含缺陷管道环焊缝进行完整性评价。在此,集成中国石油大学(北京)油气储运设施安全团队近十年来在地质灾害段管土相互作用、环焊缝失效机理与适用性评价方面的工作,介绍土壤位移与管道环焊缝裂纹断裂关联关系的建立及对含缺陷管道环焊缝进行适用性实时评价的系统方法,并就其中相关的具体环节所涉及的理论和方法进行了讨论。

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罗志立  隋永莉
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针对油气管道环焊缝全自动焊过程中出现的未熔合问题,采用焊接工艺试验和数值仿真相结合的方法,对未熔合的影响因素进行了研究。结果表明在焊接位置由3:00移动至6:00的过程中,焊炬的摆动宽度逐渐增大,如保持焊接热输入量不变,则焊接工艺由大电流、高焊速转变为小电流、慢焊速。适当增加摆动宽度有助于加大坡口侧壁的熔池深度,保证熔滴过渡的稳定性,降低侧壁未熔合的出现概率;焊接位置在4:30至6:00时,焊缝成型通常较差,当前焊道出现的“驼峰”焊道将使下一焊道出现未熔合的概率增大;摆动焊接时的焊接温度场呈现出“锯齿形”,当摆动频率达到5次/s及以上时,可有效消除该“锯齿形”形貌。

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完颜祺琪 王云 李东旭 胥洪成 李春 李康 李景翠 李丽锋
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中国天然气对外依存度一直居于高位,持续提升储气库调峰保供能力是确保中国天然气安全的必然选择。针对气藏断裂系统发育、储层埋藏深、非均质强、气水分布复杂等特点,经过20余年持续攻关,中国储气库在气藏型和盐穴型储气库建设与运行领域取得突破,形成5大系列技术:①库址筛选与评价技术;②库容设计与评估技术;③井筒质量高效控制技术;④大排量注采设计技术;⑤风险识别监测技术;实现了储气能力从40×108 m3到192×108 m3的跨越。未来,中国储气库库址资源品质进一步劣质化、类型进一步复杂化,逐渐向油藏、低渗气藏、盐穴复杂连通老腔、水层等新类型转变,储气库高效建设与运行将面临4大挑战:①储气地质体动态密封评价理论与技术亟待完善;②新类型储气库库容设计技术处于起步阶段;③气井产能未能充分发挥,配套技术尚需创新;④风险预警与安全管控能力尚难满足储气库安全运行的需要。建议通过专项攻关,完善地质体断层密封性弱化动力学机制,揭示油藏滚动注气排液扩容机理,明确低渗气藏分区建库注采动力学与压力空变规律,创建油藏建库、复杂连通老腔、低渗气藏、水层建库库容设计技术,形成强注强采优化设计方法,研发国产化微地震监测系统与井筒完整性检测/监测系列装备,不断拓展储气库功能新领域,建立适合未来建库目标的理论技术系列,推动储气库高质量可持续发展。

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周鹏  魏琪
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天然气管网优化对于降低管网运营成本、提升天然气供应可靠性具有重要意义。将天然气管网优化模型分为基于物理属性与基于经济属性两类,系统总结回顾了天然气长输管网优化建模及求解的研究进展。现有研究多集中于解决特定阶段下单一属性的管网优化问题,但要提高管网的经济性、可靠性及可持续性,需要综合考虑经济属性与物理属性,并系统统筹设计优化与运行优化。当前,中国在天然气管网优化建模方面的研究主要集中在基于物理属性的建模方法上,未来还需关注天然气市场均衡模型在管网优化中的应用。在模型求解方面,总结了多种启发式算法。从管道安全优化、非稳态优化及市场均衡建模3个方面,对未来天然气管网优化建模的发展趋势进行了展望。

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杨兆铭 向旗 苏怀 张劲军
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天然气管网的持续建设与加速改革使其系统特性与潜在扰动更加复杂,针对系统应对扰动能力的研究亟需向纵深推进。天然气管网系统韧性研究基于系统全局与局部区域的复合视角,以管网系统在面对扰动的脆弱性、鲁棒性(可靠性)、恢复力为研究对象,在概念与研究上弥补了管道完整性与管网可靠性研究的局限性。基于此,系统梳理了天然气管网系统及其他领域系统韧性的研究和应用成果,明确了天然气管网系统韧性的概念与内涵,归纳并剖析了天然气管网系统韧性指标构建、模型搭建与求解方法等的研究进展及存在问题,探讨了天然气管网系统韧性优化及提升方法;择要给出国际上成熟的天然气管网系统韧性研究应用案例,提出了天然气管网系统韧性研究在工程实际中落地应用的技术基础、数据基础和理论基础,展望了未来天然气管网系统韧性研究的重点应用场景和发展方向。讨论成果对于深化天然气管网系统韧性研究,进而保障全时域、多层次、复合维度天然气管网系统供气安全具有积极参考价值。

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王震 李博抒 梁栋
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在中国式现代化建设新阶段,加快规划建设新型能源体系成为经济社会高质量发展的关键环节。从全球能源格局、气候治理演进、中国“双碳”目标的底层逻辑等维度论述了新型能源体系建设的必要性和变革性意义。通过系统回顾中国能源体系发展脉络,探讨新型能源体系构建的内涵逻辑,基于中国能源产业发展的基本国情,明确了加快规划建设新型能源体系从转型攻坚、加速成型到完善巩固“三步走”的阶段特征及实现路径,并由此展望社会主义现代化强国的能源转型图景。

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夏喜林 张东焱 夏炳焕 韩立亮 赵毅
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目前,用于储存原油、成品油、液化石油气等介质的地下水封洞库工程陆续建设,工程发展呈现储存规模大型化、储存介质多样化的趋势。随着地下水封洞库设计与建造技术水平不断提高,地下水封洞库行业体系日趋完善。在此系统性总结了地下水封洞库技术的起源以及国内外发展历程,结合常压型与压力型洞库工程建设技术现状,阐述贯穿地下水封洞库工程建设全生命周期的设计、勘察、施工技术中的主要核心内容,并指出地下水封洞库工程技术发展面临的问题:行业标准体系有待完善,工程设计技术、勘查技术、施工装备与技术、工程建设技术均有待提升。基于地下水封洞库工程技术特点,在现有技术完善、改进技术的推出、结合新业务应用领域特点的技术改进等方面提出展望。研究成果自地下水封洞库工程全过程建造的角度提出关键技术,可为现有技术的完善与改进提供关注点,为不适宜与水接触的石油产品、低温液体及新型气体能源储存方式的发展提供借鉴。

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闫宝东 杨毅 虞维超
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当前中国天然气供应存在供应结构不平衡、供需矛盾加剧、储气设施不足、运输和配送网络不完善等问题,严重威胁天然气供应安全。欧盟国家和中国在天然气行业体制方面有很多相似的特征,其保供策略对保障中国天然气供应安全具有重要借鉴和启示价值。为此,在分析欧盟国家应对天然气供应危机时所采取的提高天然气供应源多元化程度、加快天然气管网基础设施建设、加大可替代能源的投入、健全天然气供应安全法规建设等策略基础上,从提高天然气多元化供应水平、加强天然气基础设施建设、建立统一天然气调度平台、加快相关法律法规制度建设等方面提出保障中国天然气供应安全的建议,以期提升中国天然气供应保障能力。

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宫敬 史博会 李晓平 虞维超  吴海浩
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油气管道输送安全国家工程研究中心;2. 国家管网集团油气调控中心

摘要:智能管网建设需要准确描述管网特性和行为,随着智能管网的快速发展和应用,仿真技术成为智能管网建设中不可或缺的一部分。梳理了国内外油气管网仿真技术在理论研究、工程应用及仿真软件研发的发展现状,明确了智能管网建设对油气管网仿真技术和仿真平台的需求,从规划与设计、投产、运行维护等不同阶段,阐述了油气管网仿真技术在智能管网建设中的应用场景,并从通用性、高效性、智能化等方面对油气管网仿真技术的发展进行了展望,以期更好地发挥油气管网仿真技术在智慧管网建设中的作用。

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阳小平 王同涛 孙博 贺涛
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能源低碳化和清洁化是中国能源发展过程中应对国内外挑战的迫切需求,作为低碳清洁能源的天然气在国家能源体系中的重要性日益凸显,而储气基础建设滞后、储备能力不足等问题成为制约中国天然气安全稳定供应和行业健康发展的短板。中国建库条件差,多复杂断块,埋藏深,储层物性较差,非均质性强,建库技术难度大。结合中国储气需求和地质条件现状,回顾了中国地下储气库建设需求和地下储气技术发展现状,总结了气藏型储气库建设和运行技术、单井盐腔建设与运营稳定性评价技术及含水层建库技术等3方面的地下储气库关键技术上国内外存在的差距,最后指出需集中力量开展储气库建设关键技术科研攻关,快速发展地下储气库建设、运行、安全预警技术,以满足中国地下储气库建设的长期发展需求,保障中国天然气应急调峰与供气安全。

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门嘉铖  樊玉光  高琳  林红先  张科
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为解决传统时间序列预测方法在天然气管网流量预测中存在的不足,提出一种基于经验模态分解(Empirical Mode Decomposition,EMD)、注意力机制(Attention)和门控循环单元(Gated Recurrent Unit,GRU)的组合模型。该模型利用经验模态分解得到的原始天然气管网流量时间序列分量代替原始天然气管网流量数据,再将得到的本征模态函数分量输入GRU神经网络,利用在网络中集成的注意力机制计算不同时刻的注意力概率权重,最后在网络中学习并预测天然气管网流量时间序列。某天然气管网实例验证结果表明:EMD-Attention-GRU组合模型在预测天然气管网流量方面表现出良好的性能,能够捕捉到复杂的非线性关系,相比单一GRU模型和Attention-GRU模型,其预测结果的平均绝对百分比误差指标分别降低6.29%和5.17%。由此说明,与传统时间序列预测方法相比,EMD-Attention-GRU组合模型能够更好应对天然气管网流量的复杂性和动态特征,具有推广应用价值。

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主管单位:
中国石油天然气集团有限公司
主办单位:
中国石油天然气股份有限公司管道分公司
编辑出版:
《油气储运》杂志社
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主  编:
张 栋
  编:
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