石油科技在井噴

文／本刊記者 鄭 丹

▲石油化工技術(shù)的進(jìn)步解放了人力資源，提高了人均勞效。 供圖/周澤山

在幾代石油人的努力下，2020年我國(guó)多項(xiàng)石油化工技術(shù)獲得國(guó)家肯定。

2020 年，對(duì)石油化工技術(shù)研發(fā)者而言，是一個(gè)豐收年。在國(guó)家科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)初評(píng)中，國(guó)產(chǎn)化技術(shù)喜現(xiàn)井噴。

其中，中國(guó)石油集團(tuán)下屬中國(guó)寰球工程、中國(guó)石化集團(tuán)下屬四建和十建公司參與的“400 萬噸/年煤間接液化成套技術(shù)創(chuàng)新開發(fā)及產(chǎn)業(yè)化”被評(píng)為特等獎(jiǎng)；“復(fù)雜原料百萬噸級(jí)乙烯成套技術(shù)研發(fā)及工業(yè)應(yīng)用”“復(fù)雜地質(zhì)條件氣藏型地下儲(chǔ)氣庫關(guān)鍵技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化”“深地復(fù)雜油氣藏鉆完井關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新與工業(yè)化”獲評(píng)一等獎(jiǎng)。另外，還有十幾項(xiàng)技術(shù)獲得二等獎(jiǎng)。

“春耕夏耘，秋獲冬藏?！敝袊?guó)工程院資深院士、中國(guó)石化石油化工科學(xué)研究院（以下簡(jiǎn)稱石科院）原副院長(zhǎng)、新中國(guó)第一套深度催化裂解（DCC）煉油技術(shù)和工藝開發(fā)主持者汪燮卿表示，“這是我們石油化工界長(zhǎng)期共同努力的結(jié)果，是石油化工界經(jīng)過長(zhǎng)期的、辛勤的、創(chuàng)造性的勞動(dòng)，將科研與實(shí)際相結(jié)合，與社會(huì)需求相結(jié)合，并且一步一個(gè)腳印往前走取得的成績(jī)?！?/p>

百萬乙烯破長(zhǎng)空

2 萬噸、4 萬噸、6 萬噸、10 萬噸，到20 萬噸、30 萬噸，這不僅是一串裂解爐乙烯年產(chǎn)能躍升的數(shù)字，它還串起了一條我國(guó)乙烯重要核心裝置裂解爐國(guó)產(chǎn)化走過的道路。

裂解爐是乙烯的重要裝置之一，而乙烯裝置被稱為石化工業(yè)的龍頭，乙烯技術(shù)則代表了當(dāng)今石油化工技術(shù)最高水平領(lǐng)域的較量。

“1984 年，剛成立的中國(guó)石油化工總公司投身于乙烯技術(shù)的研發(fā)?！敝袊?guó)石化北京化工研究院（以下簡(jiǎn)稱北化院）副院長(zhǎng)王國(guó)清對(duì)本刊記者表示，“因?yàn)椋褂猛鈬?guó)進(jìn)口裂解爐和技術(shù)要付出大量的專利費(fèi)和服務(wù)費(fèi)?！?/p>

中國(guó)石化成立了北方爐和南方爐兩個(gè)攻關(guān)組專攻裂解爐。1989 年，兩個(gè)攻關(guān)組的研究開花結(jié)果，以各自技術(shù)建成的裂解爐分別投產(chǎn)。北方爐第一臺(tái)裂解爐乙烯年產(chǎn)能2 萬噸，在遼陽石化投產(chǎn)；南方爐乙烯年產(chǎn)能1 萬噸裂解爐在上海高橋石化投產(chǎn)。

成功！國(guó)產(chǎn)裂解爐裝置和技術(shù)可行。這就是中國(guó)石化的國(guó)產(chǎn)裂解爐CBL 技術(shù)。它的成功打破了乙烯裂解爐技術(shù)一直由國(guó)外專利商壟斷的局面。

第一臺(tái)2 萬噸裂解爐成功后，到上世紀(jì)末本世紀(jì)初，自主技術(shù)裂解爐已在中國(guó)石化推廣應(yīng)用，為企業(yè)節(jié)約了大量成本?！?000 年前后，引進(jìn)一臺(tái)10萬噸/年裂解爐需要1.2 億～1.4 億元，而國(guó)產(chǎn)化設(shè)備僅需7000 萬～8000 萬元。”王國(guó)清說。

本刊記者從中國(guó)石化鎮(zhèn)海煉化了解到，采用復(fù)雜原料百萬噸乙烯成套技術(shù)建設(shè)的100 萬噸/年乙烯裝置自2007 年啟動(dòng)建設(shè)、2010 年6 月相繼投料開車以來運(yùn)行平穩(wěn)，各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)值。

“裂解爐投料量、運(yùn)行周期達(dá)到設(shè)計(jì)值，乙烯收率、雙烯收率均達(dá)到了行業(yè)最好，操作參數(shù)達(dá)到設(shè)計(jì)要求?！辨?zhèn)海煉化發(fā)展科技部科技室主任黃愛斌表示。據(jù)他介紹，2014 年鎮(zhèn)海乙烯裝置采用技術(shù)改造及節(jié)能完善使能力提高3%。2011、2013、2015年所羅門全球乙烯裝置績(jī)效評(píng)價(jià)顯示，裝置均達(dá)到世界領(lǐng)先水平。2017-2019 年年均創(chuàng)效1 億元以上，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

從2 萬噸到20 萬噸，再到現(xiàn)在設(shè)計(jì)產(chǎn)能上30萬噸大關(guān)，體量劇增的裂解爐已經(jīng)可以支撐整套裝置乙烯年產(chǎn)能躍升至百萬噸。更重要的是，和國(guó)外裂解爐相比，這些“大家伙”還有一個(gè)好胃口，能“吃掉”無論是輕質(zhì)還是重質(zhì)的各種復(fù)雜原料。

“我國(guó)原油多為重質(zhì)，早期很多裝置的原料包含柴油等重質(zhì)原料?！蓖鯂?guó)清表示。在長(zhǎng)達(dá)30 年的攻關(guān)中，他們研發(fā)的復(fù)雜原料裂解技術(shù)讓裂解爐輕重原料“通吃”。

例如，他們開發(fā)的對(duì)流段爐管流路設(shè)計(jì)及預(yù)熱技術(shù)突破了高含烯烴原料直接裂解時(shí)對(duì)流段爐管結(jié)焦的難題，加入使用自主開發(fā)的強(qiáng)化傳熱技術(shù)等，裂解爐運(yùn)行周期從30 ～50 天延長(zhǎng)至100 天左右，連續(xù)運(yùn)行時(shí)間居世界同類裝置首位。

CBL 爐具有高選擇性和長(zhǎng)周期的特點(diǎn)，同期其他專利商的爐子很難兼顧這兩個(gè)指標(biāo)。

一家國(guó)外著名乙烯技術(shù)專利商認(rèn)為，無論是新建裂解爐還是改造裂解爐，低投資的CBL 裂解技術(shù)處于國(guó)際領(lǐng)先水平。裂解爐輻射段爐管采用中國(guó)石化專有的扭曲片管，延長(zhǎng)了運(yùn)行周期，降低了燃料消耗。

在系列裂解爐技術(shù)之外，“復(fù)雜原料百萬噸乙烯成套技術(shù)”還包括以分配分離為核心的低能耗高回收率分離新工藝、高性能全流程催化劑、百萬噸級(jí)乙烯重大裝備壓縮機(jī)組及冷箱以及綠色高效系列專項(xiàng)技術(shù)等，使我國(guó)成為世界少數(shù)幾個(gè)獨(dú)立掌握乙烯成套技術(shù)的國(guó)家之一，中國(guó)石化由此躋身世界五大專利商之列。

“超大型裂解爐的國(guó)產(chǎn)化率現(xiàn)已達(dá)到95%。只有一些極少的、關(guān)鍵的部件，比如特定閥門尚未實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，我們正在努力攻關(guān)?！蓖鯂?guó)清對(duì)本刊記者表示。

復(fù)雜氣藏馴氣龍

在2020 年國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)初評(píng)中，由中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院、中國(guó)石油西南油氣田分公司、中國(guó)石油工程技術(shù)研究院和中國(guó)石油集團(tuán)石油管工程技術(shù)研究院（以下簡(jiǎn)稱管研院）等參與研發(fā)的“復(fù)雜地質(zhì)條件氣藏型地下儲(chǔ)氣庫關(guān)鍵技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化”獲得一等獎(jiǎng)。

這套技術(shù)中包括的五項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，有力支撐了新疆呼圖壁等6 座庫群共12 座儲(chǔ)氣庫的科學(xué)設(shè)計(jì)、高效建設(shè)和安全運(yùn)行，保障了板橋儲(chǔ)氣庫群等10 座儲(chǔ)氣庫近20 年的安全運(yùn)行。

2015 年，“中國(guó)復(fù)雜地質(zhì)條件氣藏型儲(chǔ)氣庫建庫關(guān)鍵技術(shù)與實(shí)踐”被列入中國(guó)石油重大科技專項(xiàng)“地下儲(chǔ)氣庫關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用”基金項(xiàng)目。

“針對(duì)中國(guó)復(fù)雜地質(zhì)條件特點(diǎn)”，不言而喻，該技術(shù)要能科學(xué)指導(dǎo)我國(guó)的儲(chǔ)氣庫建設(shè)，這也正是我國(guó)儲(chǔ)氣庫發(fā)展所急需的技術(shù)支撐。

作為國(guó)內(nèi)20 世紀(jì)90 年代末啟動(dòng)建設(shè)的第一批氣藏型儲(chǔ)氣庫，大港板橋儲(chǔ)氣庫群照搬了國(guó)外經(jīng)驗(yàn)，沿用了常規(guī)氣藏開發(fā)理念，但卻沒有和國(guó)外氣藏型儲(chǔ)氣庫一樣達(dá)到5～8 年的達(dá)產(chǎn)周期。庫群投運(yùn)16 年來，實(shí)際工作氣量?jī)H為方案設(shè)計(jì)指標(biāo)的56%，儲(chǔ)氣庫總體擴(kuò)容達(dá)產(chǎn)速度慢、運(yùn)行效率低。

科學(xué)建庫，氣井的設(shè)計(jì)、完整性管理及其檢測(cè)和評(píng)價(jià)是重要一環(huán)。

“早期的儲(chǔ)氣庫井檢測(cè)裝備與評(píng)價(jià)技術(shù)由歐美發(fā)達(dá)國(guó)家壟斷，價(jià)格高昂，也就‘卡’著中國(guó)儲(chǔ)氣庫建設(shè)和運(yùn)行的‘脖子’?！惫苎性焊痹洪L(zhǎng)趙新偉表示。

據(jù)介紹，注采管柱是儲(chǔ)氣庫井完整性的第一道屏障，在注采過程中承受著劇烈的交變載荷。而且，受國(guó)內(nèi)儲(chǔ)氣庫埋藏深、壓力溫度高、流體復(fù)雜的限制，按照常規(guī)氣井的方法設(shè)計(jì)和管理根本不能滿足儲(chǔ)氣庫井的長(zhǎng)周期注采運(yùn)行的需要。因此，如何控制其密封失效成為擺在科研人員面前的第一道難關(guān)。

管研院為儲(chǔ)氣庫的完整性組建了一支強(qiáng)有力的研究團(tuán)隊(duì)。研究中，該團(tuán)隊(duì)始終堅(jiān)持一個(gè)原則——必須緊密圍繞儲(chǔ)氣庫注采交變工況和風(fēng)險(xiǎn)特點(diǎn)。通過10 余年的艱苦攻關(guān)，他們開發(fā)出基于全井段測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)的管柱剩余壽命預(yù)測(cè)和基于故障樹的注采井風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)和專業(yè)工具軟件，逐步構(gòu)建了“地質(zhì)體—井筒—地面”三位一體的復(fù)雜儲(chǔ)氣庫運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)管控技術(shù)體系，形成了復(fù)雜儲(chǔ)氣庫長(zhǎng)期運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別與評(píng)價(jià)的專有技術(shù)。

聯(lián)合中國(guó)工程院等國(guó)內(nèi)科研機(jī)構(gòu)創(chuàng)建的交變載荷下井筒檢測(cè)與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了自主評(píng)價(jià)，打破了國(guó)外技術(shù)壟斷。采用該技術(shù)體系對(duì)大張坨、呼圖壁、雙6 等儲(chǔ)氣庫井進(jìn)行全面檢測(cè)評(píng)價(jià)后，及時(shí)排除了6 口再利用老井的重大隱患，避免了安全風(fēng)險(xiǎn)事故的發(fā)生。

屢有突破不尋常

除了“復(fù)雜原料百萬噸級(jí)乙烯成套技術(shù)研發(fā)及工業(yè)應(yīng)用”“復(fù)雜地質(zhì)條件氣藏型地下儲(chǔ)氣庫關(guān)鍵技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化”外，2020 年，“400 萬噸/年煤間接液化成套技術(shù)創(chuàng)新開發(fā)及產(chǎn)業(yè)化”被初評(píng)為特等獎(jiǎng)、“深地復(fù)雜油氣藏鉆完井關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新與工業(yè)化”獲評(píng)一等獎(jiǎng)。另外，還有十幾項(xiàng)技術(shù)獲得二等獎(jiǎng)。2020年確實(shí)可以稱得上石油和化工技術(shù)井噴之年。

這些獲得初評(píng)的獎(jiǎng)項(xiàng)具有哪些共同的特點(diǎn)？

在汪燮卿看來，首先是選題好，這些技術(shù)都是國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展所需要的；其次，看準(zhǔn)了方向再做研究，如對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會(huì)進(jìn)步和環(huán)境保護(hù)的作用等方面都需要全面統(tǒng)籌考慮；再次，能綜合利用國(guó)內(nèi)的資源。比如，獲得國(guó)家科技進(jìn)步特等獎(jiǎng)的煤間接液化項(xiàng)目和一等獎(jiǎng)的百萬噸乙烯、裂解爐項(xiàng)目。

中國(guó)的煤豐富、油氣缺乏需要進(jìn)口。所以，如何最大限度地利用國(guó)內(nèi)的能源資源是非常重要的戰(zhàn)略部署。“煤間接液化這個(gè)題目選的就比較合適。雖然費(fèi)托合成是100 多年前就有的煤化工技術(shù)，但是得獎(jiǎng)的技術(shù)結(jié)合這幾年來的研究工作不斷更新和創(chuàng)新，達(dá)到了世界前沿水平?！蓖糅魄浔硎?。

其實(shí)不僅僅是今年，近年來，石油和化工領(lǐng)域的重大技術(shù)進(jìn)步都不是為了得獎(jiǎng)而研發(fā)，而是看清了形勢(shì)，為了國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和市場(chǎng)需要而研發(fā)。獲得國(guó)家科技進(jìn)步特等獎(jiǎng)的“大慶油田高含水后期4000 萬噸以上持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)高效勘探開發(fā)技術(shù)”“特大型超深高含硫氣田安全高效開發(fā)技術(shù)及工業(yè)化應(yīng)用”“高效環(huán)保芳烴成套技術(shù)開發(fā)及應(yīng)用”等等都是如此。

2013 年1 月18 日，中國(guó)石化黨組成員、副總經(jīng)理曹耀峰（現(xiàn)中國(guó)工程院院士）在人民大會(huì)堂從溫家寶總理手中接過國(guó)家科技進(jìn)步特等獎(jiǎng)。

“經(jīng)過近3000 人研發(fā)團(tuán)隊(duì)的努力，我們攻克了少井高產(chǎn)高效開發(fā)、腐蝕防護(hù)、高含硫天然氣特大規(guī)模深度凈化和硫黃安全儲(chǔ)運(yùn)、安全控制、抗硫管材國(guó)產(chǎn)化五大世界級(jí)難題，是相當(dāng)不容易的?！辈芤灞硎尽?/p>

這一技術(shù)使中國(guó)石化成功打造了普光樣板，攻克了復(fù)雜山地特大型超深高含硫氣田開發(fā)的世界級(jí)難題，完成了新中國(guó)成立以來幾代石油人的夢(mèng)想。

普光氣田一年可產(chǎn)210 萬噸硫黃，占我國(guó)硫黃產(chǎn)量的45%。

為民所想，為國(guó)所憂，是我國(guó)石油化學(xué)科技工作者的使命?？梢哉f，無論是潔凈的油氣，還是色彩絢麗的衣衫，都凝聚著他們的智慧之光和辛勤耕耘的汗水。

還記得上世紀(jì)七八十年代，擁有一件稀有的“的確良”襯衫是多么高興的一件事。但那時(shí)的我們也許沒有意識(shí)到，彼時(shí)用的還是國(guó)外的芳烴技術(shù)。

什么時(shí)候能夠用上我們自己的技術(shù)？為此，幾代中國(guó)石化人40 年磨一劍，終于使我國(guó)成為世界上第三個(gè)掌握芳烴成套技術(shù)的國(guó)家，中國(guó)石化成為繼美、法之后全球第三家芳烴成套技術(shù)專利商和工程EPC 承包商。

“‘高效環(huán)保芳烴成套技術(shù)開發(fā)及應(yīng)用’技術(shù)包括原料精制與精餾、芳烴異構(gòu)與轉(zhuǎn)化、吸附分離等工藝及工程技術(shù)，涉及技術(shù)開發(fā)、工程設(shè)計(jì)、裝備制造、建設(shè)施工多個(gè)環(huán)節(jié)。系統(tǒng)集成度高，開發(fā)難度巨大?！睍r(shí)任中國(guó)石化總經(jīng)理、項(xiàng)目第一完成人戴厚良（現(xiàn)中國(guó)工程院院士）說。

自此，十幾億人口大國(guó)的穿衣難題得到了解決，緩解了我國(guó)長(zhǎng)期以來糧棉爭(zhēng)地的矛盾。

“人民對(duì)美好生活的向往，就是我們的奮斗目標(biāo)。我們將繼續(xù)深化攻關(guān)，不斷創(chuàng)新，為世界人民的美好生活做出更大貢獻(xiàn)?！贝骱窳颊f。

這就是石油人技術(shù)報(bào)國(guó)的初心與使命。