氢气地下存储技术现状及难点研究
发布时间：2021-07-15 21:22
氢气被视为未来的主要能源载体。关于氢气地下存储,目前全球只有三个地点已成功运营,其中两个在美国,另一个在英国,并且这三个地点都在盐穴中储存氢气。本文介绍了氢能发展背景和世界地下储氢实践,着重分析了氢气地下存储关于地质、地下化学反应、井筒完整性、氢气采出纯度以及材料耐久性问题难点。在综合分析了美国现已运行两座储氢库技术现状的基础上,提出了我国盐穴氢气地下储库的技术攻关方向,为我国氢气地下储库建设提供重要参考。
【文章来源】：中国井矿盐. 2020,51(06)
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
Clemens盐穴储氢库井身结构示意图
在Moss 1号井位置，使用36“表层套管下固至159m，其他套管柱将固井至282m(盖层顶部以下)和426m(盐层顶部)，然后在757m深度固井直径为13-3/8″的生产套管。在生产套管固井后，Praxair将运用水泥胶结测井。这个盐穴将以每分钟5292到6426升的速度注入淡水来造腔。淡水通过直径为10-3/4″和7″的两根悬挂油管之间的环空注入，卤水通过7″排卤管排出。氮气将在排卤作业期间作为阻溶剂注入。排卤过程中运行的密度测井将监测氮/盐水界面。每周将对生产的卤水进行钾盐分析，钾是优先溶解的，在盐水中大量溶解说明盐穴不是向各个方向均匀发展。如果钾基线有较大变化，将注入额外的阻溶材料。如果观察到钾的大幅增加超过2周，则造腔作业将被关闭，并将进行声纳测量。Praxair计划在盐穴中提取三个30英尺长的岩芯，并对它们进行可溶性和不溶性盐以及粘土含量的分析。岩芯还将接受声波测试和蠕变测量。当造腔完成后，在储存氢气之前，将进行另一次声纳测量，以确定洞穴的体积和形状，并将对井筒进行机械完整性测试。机械完整性测试和声纳测量将在运营开始后每五年进行一次。在运营期间，Praxair将从其位于休斯顿的办公室提供24小时监控。所有连接到井口的气体、盐水和淡水管道都将安装紧急关闭装置(ESD)。ESD可以现场或远程激活，每年测试两次。压力传感器可以根据压力变化自动关闭ESD，并且还有一个电导率传感器来检测盐水中的碳氢化合物。警报系统将与所有检漏仪和压力传感器集成，以提供危险警告。
在压力为8～21 MPa，氢致损伤的程度随压力的降低而降低，这导致盐穴腔内压力不宜过高。金属材料长期暴露在氢气中，特别是在高浓度高压下暴露，会使金属材料耐久性大幅度降低。氢气对金属材料的影响主要为氢起泡、氢致开裂和氢蚀脆化[5]。这些现象的发生速度和严重程度受压力、温度、氢浓度、应力水平、金属成分、金属抗拉强度、晶粒尺寸、显微组织、金属组织中杂质类型以及管材热处理等多种因素的影响。氢脆化过程是由微观结构中存在的裂缝引起的。氢影响钢的腐蚀疲劳性能，由于温度变化对氢的溶解度产生影响，以及残余应力和应力升高，油管接头中的焊缝特别容易发生氢脆。由于硬脆马氏体相的存在，这些因素会导致焊缝开裂。高强度钢(抗拉强度在900 MPa以上)易受氢脆的影响，而低中碳钢更耐氢脆。耐蚀合金具有良好的抗腐蚀性，适用于H2S或CO2环境下。
【参考文献】：
期刊论文
[1]国内外地下储库现状及工程技术发展趋势[J]. 袁光杰,夏焱,金根泰,班凡生. 石油钻探技术. 2017(04)
本文编号：3286487
【文章来源】：中国井矿盐. 2020,51(06)
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
Clemens盐穴储氢库井身结构示意图
在Moss 1号井位置，使用36“表层套管下固至159m，其他套管柱将固井至282m(盖层顶部以下)和426m(盐层顶部)，然后在757m深度固井直径为13-3/8″的生产套管。在生产套管固井后，Praxair将运用水泥胶结测井。这个盐穴将以每分钟5292到6426升的速度注入淡水来造腔。淡水通过直径为10-3/4″和7″的两根悬挂油管之间的环空注入，卤水通过7″排卤管排出。氮气将在排卤作业期间作为阻溶剂注入。排卤过程中运行的密度测井将监测氮/盐水界面。每周将对生产的卤水进行钾盐分析，钾是优先溶解的，在盐水中大量溶解说明盐穴不是向各个方向均匀发展。如果钾基线有较大变化，将注入额外的阻溶材料。如果观察到钾的大幅增加超过2周，则造腔作业将被关闭，并将进行声纳测量。Praxair计划在盐穴中提取三个30英尺长的岩芯，并对它们进行可溶性和不溶性盐以及粘土含量的分析。岩芯还将接受声波测试和蠕变测量。当造腔完成后，在储存氢气之前，将进行另一次声纳测量，以确定洞穴的体积和形状，并将对井筒进行机械完整性测试。机械完整性测试和声纳测量将在运营开始后每五年进行一次。在运营期间，Praxair将从其位于休斯顿的办公室提供24小时监控。所有连接到井口的气体、盐水和淡水管道都将安装紧急关闭装置(ESD)。ESD可以现场或远程激活，每年测试两次。压力传感器可以根据压力变化自动关闭ESD，并且还有一个电导率传感器来检测盐水中的碳氢化合物。警报系统将与所有检漏仪和压力传感器集成，以提供危险警告。
在压力为8～21 MPa，氢致损伤的程度随压力的降低而降低，这导致盐穴腔内压力不宜过高。金属材料长期暴露在氢气中，特别是在高浓度高压下暴露，会使金属材料耐久性大幅度降低。氢气对金属材料的影响主要为氢起泡、氢致开裂和氢蚀脆化[5]。这些现象的发生速度和严重程度受压力、温度、氢浓度、应力水平、金属成分、金属抗拉强度、晶粒尺寸、显微组织、金属组织中杂质类型以及管材热处理等多种因素的影响。氢脆化过程是由微观结构中存在的裂缝引起的。氢影响钢的腐蚀疲劳性能，由于温度变化对氢的溶解度产生影响，以及残余应力和应力升高，油管接头中的焊缝特别容易发生氢脆。由于硬脆马氏体相的存在，这些因素会导致焊缝开裂。高强度钢(抗拉强度在900 MPa以上)易受氢脆的影响，而低中碳钢更耐氢脆。耐蚀合金具有良好的抗腐蚀性，适用于H2S或CO2环境下。
【参考文献】：
期刊论文
[1]国内外地下储库现状及工程技术发展趋势[J]. 袁光杰,夏焱,金根泰,班凡生. 石油钻探技术. 2017(04)
本文编号：3286487
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/huaxuehuagong/3286487.html
