石油和天然气是工业的“血液”,它推动了我国工业经济的飞速发展,在石油工业体系中,勘探开发是上游产业,炼油化工是下游产业,上下游中间就是油气储运。油气储运工程是连接油气生产、加工、分配、销售诸环节的纽带,主要包括油气田集输、长距离输送管网、储存与装卸及城市输配管网系统等。目前,我国油气管网总里程已超过了300万公里,是现代能源工业“大动脉”和第五大交通运输系统;其中干线管网23万公里、城镇燃气管网90余万公里和油气田集输管网200余万公里,总长可绕地球75圈。《“十四五”现代能源体系规划》明确提出,要加强油气跨省跨区输送通道建设,完善原油和成品油长输管道建设;加快天然气长输管道及区域天然气管网建设,推进管网互联互通,完善液化天然气(LNG)储运体系。
油气储运工程各项步骤的具体实现都离不开理论的探索和指导,在专业学科“油气储运工程”理论研究方面,西南石油大学国家重点学科、国家级特色专业、国家级一流本科专业建设点“油气储运工程”专业负责人贾文龙教授,在国家自然科学基金、科技重大专项等40余项科研项目的支持下,取得了多项创新性的科研成果,直接创造经济效益28.4亿元,为我国油气储运事业的创新与发展做出了突出贡献。
初心筑梦 科研教学双丰收
寒窗苦读数十载,一入科研深似海。自从2004年贾文龙进入了西南石油大学,他便与油气储运工程结下了不解之缘。此后十年,他即在西南石油大学油气储运工程完成了本硕博的学习;再后十年,自2014年至今,他又在本校石油与天然气工程学院,完成了讲师到教授的转变。
十年磨一剑,今朝亮锋芒。作为一名科研工作者,贾文龙一直从事油气集输、油气管道输送等方面的教学和科研工作,在智慧油气管网、油气储运系统仿真与优化、油气管道多相流理论与技术,以及氢气、二氧化碳等非常规介质输送等方面形成了特色。
迄今为止,贾文龙已负责主持完成了国家、省部级科研项目7项,其他项目30余项,共获得省部级科技进步一等奖3项、二等奖7项;出版著作3部,发表论文114篇,SCI收录52篇,授权发明专利45件、软件著作权19件。因为突出的贡献,贾文龙成为四川省学术和技术带头人后备人选、四川省高层次海外留学人才,荣获中国发明协会发明创业奖人物奖、全国高校矿业石油与安全工程领域优秀青年科技人才提名奖;担任中国石油学会青年工作委员会副秘书长、四川省科技青联联合会理事、Journal of Pipeline Science and Engineering等六个国内外学术期刊编委 。
在教学方面,贾文龙主讲本科生课程《输气管道设计管理》《城市燃气输配》、硕士生课程《多相流理论》《油气储运工程科技进展》、博士课程《油气储运工程前沿选讲》。目前主持四川省教改项目1项,围绕行业“绿色、低碳、智能化”发展趋势及对高素质人才的新要求,牵头开展了“储运”+“智慧+双碳”的“一体两翼”本科生人才培养体系改革,建立了“通识+专业+案例+实践”的“四位一体”一流本科人才培养新模式。
此外,贾文龙还主编了普通高等教育本科国家级规划教材《天然气管道输送(第四版)》,出版了中国教师发展基金会资助专著《油气管道多相流》;他指导的学生获得了第八届中国国际“互联网+”大学生创新创业大赛全国银奖(高教主赛道)、获得了中国石油工程设计大赛等国家级学科竞赛奖励7项。
大鹏之动,非一羽之轻;骐骥之速,非一足之功。取得如此多项成就的背后,是贾文龙十年时间科研不辍,他用铿锵有力的步伐砥砺前行,书写着助力我国油气储运工程发展的故事。
创新突破 助推油气储运工程
我国幅员辽阔的疆土下蕴藏着丰富的油气资源,近年来,相继在四川、塔里木盆地等发现了多个世界罕见的高压、超高压、复杂组分天然气田。气井产出物多具有高压/超高压(井口压力70~120MPa)、组成复杂(含轻烃、 二氧化碳/硫化氢酸性组分、地层水、氯化钠/氯化钙等盐类和电解质离子等)的特点,地面集输系统内流体相变剧烈、多相流动参数波动大,集输系统安全高效设计方法缺乏、问题突出。针对这些问题,贾文龙展开研究,实现了三个方面科研创新,被多位院士评价达到了“国际先进水平”。
首先,贾文龙发展了超高压多组分复杂天然气PVT状态方程及相态模型,实现了在统一热力学框架内含轻烃、酸性组分、地层水、电解质的复杂天然气基础物性参数、气液两相临界点和水合物生成条件的准确预测,突破了传统经验公式方法理论基础差、适用范围窄的局限;大幅提升了超高压复杂组分天然气主要基础物性、相态参数的预测精度与算法稳定性,流体相态及水合物生成条件预测方法的最高适用压力达186.2MPa。该成果应用获省部级一等奖1项(排名第2)、二等奖2项(排名第2、2)。得到SPE杰出成就奖、Anthony F. Lucas金奖获得者Kamy Sepehrnoori教授等国内外学者的广泛正面引用和评价。
其次,针对地面多环节集输过程中的复杂多相流动及工艺参数变化特征,揭示了超高压复杂组分天然气集输系统非平衡气液两相流动机理,建立了超高压天然气地面集输工艺设计新方法。揭示了集输系统内高压、高流速、多组分、多相流体的非平衡相变传热传质特征,构建了集输设备及管道非平衡气液两相流动模型、气液两相临界流动压力模型及高效算法;对80~120MPa超高压天然气在节流、放空等快速流动过程的温度预测平均偏差小于3℃,优于国外商业软件,同时将单级最大节流压差提升30%左右;首创了超高压天然气节流阀压差优化分配策略,提出了“等压设计+固定式油嘴+笼套式节流阀”三级节流工艺,比传统五级、六级等压节流工艺更简单、经济、安全。现已在应用超200井次,打破并保持含硫气井安全集输压力的世界纪录(关井压力120MPa),为企业创造经济效益5.6亿元。该项研究获省部级科技进步一等奖1项、二等奖3项,成果被著名国际油气杂志Oil Gas Journal在封面以“New Gas Choking Model”报道。
最后,贾文龙参与研制了具有自主知识产权的大型油气管网系统设计运行仿真软件。我国油气管网总里程现已超过300万公里,管网系统结构复杂、运行工况多变,管网系统的设计和运行都需要依托计算机仿真技术,仿真技术也是构建智慧管网的核心技术。但我国的管网仿真基本依赖国外软件,面临“卡脖子”和信息安全等问题。对此,贾文龙发展了适用于任意结构形式的气田集输系统仿真模型,完善了基于泛函分析的模型高效求解算法。作为技术首席专家,他研制了具有完全自主知识产权的大型油气管网系统仿真软件,适用的系统规模(10万个元件、设备)、计算速度与精度等主要技术指标达到国际同类产品先进水平。该成果突破了国外技术封锁,为集输系统的设计运行提供了自主可控、先进高效的软件工具。现已应用于15个主力气田、超过两万公里的干线油气输送管道。相关成果为企业创造经济效益超10亿元,该项研究获省部级一等奖1项、二等奖1项。
在油气能源行业“低碳、绿色、智能化”转型发展背景下,传统油气储运行业正快速向智能化迈进,业务领域正向氢气、二氧化碳、甲醇、氨、轻烃等常规介质领域拓展,油气储运工程专业将拥有更大的发展机遇和面临更大的挑战。助力国家能源转型和“双碳”目标的实现已成为油气储运工程专业的重要历史使命。贾文龙表示,作为一名石油人,将继续秉承西南石油大学“为祖国加油、为民族争气”的大学精神,埋头苦干,为我国油气储运工程事业的发展贡献更多科技力量。(文/邱玥)