日前，位于重慶經(jīng)開(kāi)區(qū)的重慶氣體壓縮機(jī)廠有限責(zé)任公司（以下簡(jiǎn)稱“重慶氣體壓縮機(jī)廠”）傳來(lái)好消息，該公司研發(fā)的全球首臺(tái)套70MPa、20萬(wàn)方/天高壓大流量天然氣壓縮機(jī)成功投產(chǎn)，是目前全球壓力最高、單機(jī)流量最大的撬裝增壓機(jī)組。
▲圖為70MPa、20萬(wàn)方/天高壓大流量天然氣壓縮機(jī)。（受訪者供圖）
▲圖為70MPa、20萬(wàn)方/天高壓大流量天然氣壓縮機(jī)。（受訪者供圖）
據(jù)了解，天然氣壓縮機(jī)廣泛應(yīng)用于國(guó)家大型儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)、油田注氣驅(qū)油增產(chǎn)、新型儲(chǔ)能及天然氣開(kāi)采集輸?shù)阮I(lǐng)域，是保障國(guó)家能源安全的“國(guó)之重器”。
“可以說(shuō)，70MPa大排量高轉(zhuǎn)速壓縮機(jī)在國(guó)內(nèi)外都處于技術(shù)空白狀態(tài)，是產(chǎn)業(yè)發(fā)展急需突破的瓶頸。”重慶氣體壓縮機(jī)廠副總工程師王躍飛告訴記者，經(jīng)過(guò)2年多的攻關(guān)研發(fā)，終于在行業(yè)取得關(guān)鍵性突破。
那么，重慶氣體壓縮機(jī)廠究竟是如何啃下這塊硬骨頭的？
來(lái)自數(shù)千公里外的“燃眉之急”
時(shí)間的指針撥回到2022年3月。彼時(shí)，某油田專家考察組來(lái)重慶走訪，專程來(lái)到重慶氣體壓縮機(jī)廠調(diào)研座談。
“有沒(méi)有可能研發(fā)國(guó)產(chǎn)70MPa大排量高轉(zhuǎn)速壓縮機(jī)，解決深井油田開(kāi)采的燃眉之急？”某油田相關(guān)負(fù)責(zé)人這句看似簡(jiǎn)單的話，卻引發(fā)了座談會(huì)現(xiàn)場(chǎng)不小的討論。
事實(shí)上，對(duì)于這位領(lǐng)導(dǎo)所說(shuō)的“燃眉之急”，重慶氣體壓縮機(jī)廠的每一位參會(huì)人員都心領(lǐng)神會(huì)。
因?yàn)椋L(zhǎng)期以來(lái)，中國(guó)大部分油田所使用的高壓大排量高轉(zhuǎn)速壓縮機(jī)都依賴從國(guó)外進(jìn)口，不僅價(jià)格昂貴，且交付周期長(zhǎng)。如果再遭遇一些不確定因素，壓縮機(jī)的交付就更遙遙無(wú)期。
此前，國(guó)內(nèi)普遍進(jìn)口的大排量機(jī)組最高排氣壓力為52MPa，流量為25萬(wàn)方/天，但是排氣壓力無(wú)法滿足超深井注氣需求。
而小排量機(jī)組最高壓力雖有70MPa，但流量?jī)H為5萬(wàn)方/天，對(duì)于一個(gè)1億立方米的油井而言，需要同時(shí)使用多臺(tái)設(shè)備才能滿足需求，存在投資大、占地廣、易損件多、運(yùn)維工作量大、維護(hù)成本高等問(wèn)題，成為長(zhǎng)期困擾油田提升采油效率和收益的最大攔路虎。
很快，這場(chǎng)會(huì)議上引發(fā)的討論就轉(zhuǎn)換成了重慶氣體壓縮機(jī)廠的行動(dòng)。
“經(jīng)過(guò)一個(gè)月反復(fù)調(diào)研、反復(fù)論證，我們決定集中優(yōu)勢(shì)力量集中攻關(guān)，啃下這塊卡住我國(guó)能源安全的硬骨頭。”王躍飛表示。
15個(gè)“最強(qiáng)大腦”造出“超級(jí)打氣筒”
說(shuō)干就干！2022年，重慶氣體壓縮機(jī)廠一個(gè)由15位科研精英組成的研發(fā)團(tuán)隊(duì)正式“上線”。
“天然氣壓縮機(jī)的工作原理，可以簡(jiǎn)單理解為一個(gè)打氣筒，通過(guò)活塞往返運(yùn)動(dòng)，把氣體注入油井，實(shí)現(xiàn)石油和天然氣的采集。”王躍飛介紹，而高壓大流量天然氣壓縮機(jī)就像是一個(gè)“超級(jí)打氣筒”。
不過(guò)，想要研發(fā)出滿足超深井采油采氣所需的“超級(jí)打氣筒”并不容易。
首先，就是要將這個(gè)打氣筒的氣壓從52MPa提升至70MPa。但如何既能保證氣筒里的活塞在如此高的壓力下既能靈活運(yùn)動(dòng)，又不發(fā)生氣體泄漏？這是一個(gè)難點(diǎn)。
“為此，團(tuán)隊(duì)發(fā)明了氣缸與活塞之間高達(dá)70MPa密封壓差的往復(fù)動(dòng)密封技術(shù)，利用卸荷槽平衡部分氣體壓力，減少活塞環(huán)對(duì)氣缸鏡面摩擦、磨損。”王躍飛分析，同時(shí)，壓縮機(jī)還采用組合式活塞環(huán)組，提升氣缸的密封效果。
此外，在70MPa的高壓下，原有技術(shù)規(guī)范只適用于小直徑的“氣筒”，當(dāng)“氣筒”的直徑擴(kuò)大至原來(lái)的4倍時(shí)，常規(guī)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)就失去了參考意義。
瞄準(zhǔn)這個(gè)難題，研發(fā)團(tuán)隊(duì)基于結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與流場(chǎng)分析優(yōu)化了高壓氣缸結(jié)構(gòu)及流道設(shè)計(jì)，根據(jù)模擬結(jié)果選擇疲勞性能優(yōu)良的缸體材料，最后通過(guò)特殊熱處理工藝達(dá)到表面性能要求，成功突破大直徑氣缸研發(fā)的重要關(guān)口。
經(jīng)過(guò)2年多的技術(shù)攻關(guān)，研發(fā)工作進(jìn)入尾聲。原本以為解決了高壓密封性和大直徑氣缸兩大核心研發(fā)問(wèn)題，大排量高轉(zhuǎn)速壓縮機(jī)的成功已經(jīng)觸手可及。
沒(méi)想到，在隨后的廠內(nèi)試驗(yàn)以及現(xiàn)場(chǎng)安裝環(huán)節(jié)中，機(jī)組管道振動(dòng)過(guò)大的新問(wèn)題又?jǐn)[在了眼前。
“天然氣壓縮機(jī)各部件之間是通過(guò)管道相連的，在高壓的活塞運(yùn)動(dòng)中，不可避免會(huì)帶來(lái)管道振動(dòng)。”王躍飛分析，如果振動(dòng)過(guò)于劇烈，不僅會(huì)導(dǎo)致螺栓連接脫落等安全隱患，甚至連機(jī)組都無(wú)法正常開(kāi)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。
針對(duì)新問(wèn)題，研發(fā)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了大量氣流脈動(dòng)試驗(yàn)，最終提出了壓力大于35MPa部分管道的氣流脈動(dòng)及管道振動(dòng)控制準(zhǔn)則。該項(xiàng)技術(shù)屬國(guó)內(nèi)首創(chuàng)，達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。
或?qū)⒅χ貞c天然氣“銀行”擴(kuò)容
歷經(jīng)2年多的研發(fā)生產(chǎn)，2024年4月，這個(gè)全球首臺(tái)套70MPa、20萬(wàn)方/天高壓大流量天然氣壓縮機(jī)成功應(yīng)用在某油田，有效解決天然氣輸氣過(guò)程中氣量變化大、撬裝化要求高等難題，有力助推我國(guó)超深井注氣驅(qū)油、輸氣作業(yè)。
事實(shí)上，除了應(yīng)用于油田注氣驅(qū)油增產(chǎn)，高壓大排量天然氣壓縮機(jī)還將在國(guó)家大型儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)、新型儲(chǔ)能等領(lǐng)域大展身手。
比如，助力地下儲(chǔ)氣庫(kù)的建設(shè)，就是一個(gè)典型案例。
所謂地下儲(chǔ)氣庫(kù)，就是將天然氣增壓注入地層的縫隙中儲(chǔ)存，在需要供氣時(shí)，進(jìn)行采集、脫水，最后輸入天然氣管網(wǎng)，被稱為天然氣“銀行”。目前，我國(guó)已建成25座地下儲(chǔ)氣庫(kù)，儲(chǔ)氣庫(kù)容達(dá)400億立方米，調(diào)峰保供惠及10余個(gè)省（市）、2億人口。
特別是對(duì)于重慶而言，重慶地質(zhì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、氣藏蓋層好，密封性比較好，天然氣不易泄漏，正大力修建地下儲(chǔ)氣庫(kù)。當(dāng)前，已建成相國(guó)寺儲(chǔ)氣庫(kù)，還將修建銅鑼?shí){、明月峽、萬(wàn)順場(chǎng)、沙坪場(chǎng)、寨溝灣等5個(gè)儲(chǔ)氣庫(kù)項(xiàng)目。未來(lái)，重慶儲(chǔ)氣庫(kù)群預(yù)計(jì)將累計(jì)形成工作氣量77.7億立方米，可滿足2億多人口3個(gè)多月的生活用氣。
“隨著高壓大流量天然氣壓縮機(jī)的投產(chǎn)成功，或?qū)⒅χ貞c天然氣‘銀行’加速擴(kuò)容。”王躍飛舉例說(shuō)，比如現(xiàn)在儲(chǔ)氣庫(kù)使用的天然氣壓縮機(jī)普遍在20MPa左右，如果提升至70MPa，僅一個(gè)地下儲(chǔ)氣庫(kù)的天然氣儲(chǔ)量就是原來(lái)的3.5倍，不僅將緩解川渝地區(qū)冬季天然氣供需矛盾，還將助力全國(guó)“西氣東輸”網(wǎng)管的有效調(diào)度。
王躍飛分析，得益于國(guó)產(chǎn)高壓大流量天然氣壓縮機(jī)技術(shù)的領(lǐng)先、價(jià)格的實(shí)惠以及后期維護(hù)的便捷，可以預(yù)見(jiàn)，天然氣增壓輸送領(lǐng)域大量裝備進(jìn)口替代的進(jìn)程將加速到來(lái)，市場(chǎng)前景看好。
