▲图为70MPa、20万方/天高压大流量天然气压缩机。（受访者供图）
据了解，天然气压缩机广泛应用于国家大型储气库建设、油田注气驱油增产、新型储能及天然气开采集输等领域，是保障国家能源安全的“国之重器”。
“可以说，70MPa大排量高转速压缩机在国内外都处于技术空白状态，是产业发展急需突破的瓶颈。”重庆气体压缩机厂副总工程师王跃飞告诉记者，经过2年多的攻关研发，终于在行业取得关键性突破。
那么，重庆气体压缩机厂究竟是如何啃下这块硬骨头的？
来自数千公里外的“燃眉之急”
时间的指针拨回到2022年3月。彼时，某油田专家考察组来重庆走访，专程来到重庆气体压缩机厂调研座谈。
“有没有可能研发国产70MPa大排量高转速压缩机，解决深井油田开采的燃眉之急？”某油田相关负责人这句看似简单的话，却引发了座谈会现场不小的讨论。
事实上，对于这位领导所说的“燃眉之急”，重庆气体压缩机厂的每一位参会人员都心领神会。
因为，长期以来，中国大部分油田所使用的高压大排量高转速压缩机都依赖从国外进口，不仅价格昂贵，且交付周期长。如果再遭遇一些不确定因素，压缩机的交付就更遥遥无期。
此前，国内普遍进口的大排量机组最高排气压力为52MPa，流量为25万方/天，但是排气压力无法满足超深井注气需求。
而小排量机组最高压力虽有70MPa，但流量仅为5万方/天，对于一个1亿立方米的油井而言，需要同时使用多台设备才能满足需求，存在投资大、占地广、易损件多、运维工作量大、维护成本高等问题，成为长期困扰油田提升采油效率和收益的最大拦路虎。
很快，这场会议上引发的讨论就转换成了重庆气体压缩机厂的行动。
“经过一个月反复调研、反复论证，我们决定集中优势力量集中攻关，啃下这块卡住我国能源安全的硬骨头。”王跃飞表示。
15个“最强大脑”造出“超级打气筒”
说干就干！2022年，重庆气体压缩机厂一个由15位科研精英组成的研发团队正式“上线”。
“天然气压缩机的工作原理，可以简单理解为一个打气筒，通过活塞往返运动，把气体注入油井，实现石油和天然气的采集。”王跃飞介绍，而高压大流量天然气压缩机就像是一个“超级打气筒”。
不过，想要研发出满足超深井采油采气所需的“超级打气筒”并不容易。
首先，就是要将这个打气筒的气压从52MPa提升至70MPa。但如何既能保证气筒里的活塞在如此高的压力下既能灵活运动，又不发生气体泄漏？这是一个难点。
“为此，团队发明了气缸与活塞之间高达70MPa密封压差的往复动密封技术，利用卸荷槽平衡部分气体压力，减少活塞环对气缸镜面摩擦、磨损。”王跃飞分析，同时，压缩机还采用组合式活塞环组，提升气缸的密封效果。
此外，在70MPa的高压下，原有技术规范只适用于小直径的“气筒”，当“气筒”的直径扩大至原来的4倍时，常规技术标准就失去了参考意义。
瞄准这个难题，研发团队基于结构强度与流场分析优化了高压气缸结构及流道设计，根据模拟结果选择疲劳性能优良的缸体材料，最后通过特殊热处理工艺达到表面性能要求，成功突破大直径气缸研发的重要关口。
经过2年多的技术攻关，研发工作进入尾声。原本以为解决了高压密封性和大直径气缸两大核心研发问题，大排量高转速压缩机的成功已经触手可及。
没想到，在随后的厂内试验以及现场安装环节中，机组管道振动过大的新问题又摆在了眼前。
“天然气压缩机各部件之间是通过管道相连的，在高压的活塞运动中，不可避免会带来管道振动。”王跃飞分析，如果振动过于剧烈，不仅会导致螺栓连接脱落等安全隐患，甚至连机组都无法正常开机运转。
针对新问题，研发团队进行了大量气流脉动试验，最终提出了压力大于35MPa部分管道的气流脉动及管道振动控制准则。该项技术属国内首创，达到国际先进水平。
或将助力重庆天然气“银行”扩容
历经2年多的研发生产，2024年4月，这个全球首台套70MPa、20万方/天高压大流量天然气压缩机成功应用在某油田，有效解决天然气输气过程中气量变化大、撬装化要求高等难题，有力助推我国超深井注气驱油、输气作业。
事实上，除了应用于油田注气驱油增产，高压大排量天然气压缩机还将在国家大型储气库建设、新型储能等领域大展身手。
比如，助力地下储气库的建设，就是一个典型案例。
所谓地下储气库，就是将天然气增压注入地层的缝隙中储存，在需要供气时，进行采集、脱水，最后输入天然气管网，被称为天然气“银行”。目前，我国已建成25座地下储气库，储气库容达400亿立方米，调峰保供惠及10余个省（市）、2亿人口。
特别是对于重庆而言，重庆地质结构稳定、气藏盖层好，密封性比较好，天然气不易泄漏，正大力修建地下储气库。当前，已建成相国寺储气库，还将修建铜锣峡、明月峡、万顺场、沙坪场、寨沟湾等5个储气库项目。未来，重庆储气库群预计将累计形成工作气量77.7亿立方米，可满足2亿多人口3个多月的生活用气。
“随着高压大流量天然气压缩机的投产成功，或将助力重庆天然气‘银行’加速扩容。”王跃飞举例说，比如现在储气库使用的天然气压缩机普遍在20MPa左右，如果提升至70MPa，仅一个地下储气库的天然气储量就是原来的3.5倍，不仅将缓解川渝地区冬季天然气供需矛盾，还将助力全国“西气东输”网管的有效调度。
王跃飞分析，得益于国产高压大流量天然气压缩机技术的领先、价格的实惠以及后期维护的便捷，可以预见，天然气增压输送领域大量装备进口替代的进程将加速到来，市场前景看好。
