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【矿冶人物】新晋院士杨春和:让盐穴储库在中国落地生根

摘要: 能源是支撑国民经济和社会发展的重要战略物资。

       12月3日,中国工程院举行了2019年当选院士颁证仪式。杨春和教授入选为中国工程院能源与矿业学部院士,成为本次新增的75位院士之一。

       作为中国科学院武汉岩土力学研究所自己培养的老一批研究生,杨春和院士身上有着老一辈科学家那种孜孜不倦,精益求精的科学精神。他毕业于江西冶金学院(现江西理工大学)并获学士学位,于1986年在中国科学院武汉岩土力学研究所获硕士学位,随后受中国科学院留学基金资助赴美留学,获得美国内华达大学地质工程博士学位。2000年被聘为中国科学院武汉岩土力学研究所责任研究员,2005年被聘为重庆大学教授。他结合国家战略能源储备研究的重大需求,提出了利用我国盐丘实施能源储备的建议,得到国家有关部门的支持,(国家“973”项目“能源储备地下库群灾变机理与防护理论研究”)并参与我国盐岩储气库的研究,为我国盐岩储气库顺利实施发挥了重要作用。

投身国家重大需求

能源是支撑国民经济和社会发展的重要战略物资。

2000年-2003年世界各国石油消费量统计数据

       2000年以来,中国经济持续快速发展,石油消费量迅速超越日本,成为仅次于美国的世界第二大石油消费国(据最新数据显示,目前我国石油消费量已跃居世界第一),战略石油储备也已成为国家能源安全体系最重要的一个环节。如果不储存足够的石油,一旦石油通道或者石油供应发生问题,大量的石油供应会被切断,会严重影响到我国经济安全。另外,中国因为没有石油储备体系,在国际石油处于低价位时无法大量吸入,油价上涨时又无法减少进口量,形成“买涨不买落”的现象,也会制约我国经济高速发展。

2000年-2017年中国石油消费量及增长率

       国家石油储备体系的建立势在必行。彼时正值杨春和院士从美国内华达大学博士毕业,他毅然放弃了国外优越的工作条件和优厚的生活待遇,选择回到武汉岩土力学研究所工作,并把目标投向了盐岩力学与盐岩地下油气储备工程研究领域。

伯乐相中“千里马”

       盐岩地下油气储备,是指建设“地下仓库”,在盐岩中钻出一口巨大的“天然溶洞”,或者利用盐矿开采后留下的空井,将油气储存其中。我国拥有很多老采空区,比如江汉平原,它的盐层埋深2000 米,盐层厚度大于300米,盐层面积达400平方公里。云梦、应城两地盐矿区,自1958年到2001年底,总采出纯盐量约620万吨,形成溶腔约300万立方米。一旦这些老釆空区变成“储油库”,将带来巨大的环境效益。
       杨春和院士相中了岩盐这匹“千里马”,但这个伯乐可不好当。当刚从国外归来的他提出“向地下要空间,储存天然气”的想法时,业内一片哗然,反对声不绝于耳。
       盐穴之所以可以做储气库,密闭性良好不跑气且力学结构稳定是重要原因。美国都是盐丘,有十几平方公里大,厚度一层有两三千米,但我国盐层属于层状结构,盐层厚度小,不溶夹层多,一方面要考虑如何将夹层和杂质溶出的问题,另一方面更要考虑这些夹层是否会给盐穴的密闭性和力学稳定性带来影响。在国外遇到这种层状盐岩,都直接放弃建库,国内专家的反对声很大,担心会泄漏、坍塌,甚至爆炸。

       面对巨大阻力,杨春和院士迎难而上。他带领科研团队从零开始制定标准与规划,每个参数都进行充分的可行性论证,据后来统计,当年做可行性论证时,一年做了200组实验,常常武昌北京两地跑,火车夕发朝至,他们成了Z38次列车的“常客”。功夫不负有心人,团队最终用科学数据证明中国层状盐岩不是弱面而是强面,这个突破性进展回答了外界对安全性、可靠性和适用性的质疑。

从理论到实践

       2003年,国家天然气大动脉西气东输工程需要建设配套储气库,中石油找到了杨春和院士。在得到中石油、中石化认可后,杨春和院士提出将第一座盐穴储气库选址在江苏金坛,利用金坛盐矿开采后留下的溶腔建库,使中国提前至少3年拥有了盐穴储气库,在节省了近1.25亿元成本的同时,还解决了已有采卤溶腔可能带来地面沉降甚至塌陷的隐患。

2007年,江苏金坛储气库正式投产注气,成为我国乃至亚洲首座地下盐穴储气库。

金坛储气库,在2008年大雪赈灾中发挥了决定性作用
       云应,在西气东输二线的管道附近,杨春和院士带领团队,以力学试验为基础,建立了考虑夹层特性的cosserat复合层状盐岩本构模型,解决了云应地层建模的难题。提出了“云应盐矿具备建设盐岩溶腔型储库的基本地质条件”的重要研究成果,最终使得西气东输二线的重要配套工程落户云应。
       潜江,为了在江汉油田建成储气库,杨春和院士作为项目带头人开展了长期的高温高压蠕变试验,设计了潜江储气库的长期最小压力,保证了储气库的体积收缩在可接受的经济范围内。解决了巨厚夹层的垮塌难题,使潜江储气库一举成为中国最大设计的盐穴储气库群。

潜江储气库
       2015年,杨春和院士组织召开“金坛、淮安盐穴储油专题研讨会”,以7位院士为首的专家组一致认为应该加快盐穴战略储油库的进程,并建议在淮安、金坛地区开展先期试验工作。随后,向中共中央国务院提交了盐穴储油库的建议,盐穴储油库,也整备待发。

“奋斗”不止,源于热爱

       2014年,事业如日中天的杨春和院士不幸身患癌症,但手术后不久,他就再次回到科研一线,即便在春节期间,还在做着科研项目实验,编写报告。
       2015年,中石化金坛储气库发现微渗层,出现气体漏失问题,如不及时解决,将导致中石化金坛储气库的“流产”,上百亿投资付诸东流。杨春和院士得知后,不顾疾病缠身,临危受命。他提出利用盐岩重结晶对储气库进行封堵,并迅速开展金坛储气库关键微渗层的重结晶课题研究,微渗层封堵难题被成功解决。

       “地质研究个性大于共性,每个库址都有特殊性,需要因地制宜做试验,论证可行性。”2016年,十几个项目同时进行,江苏淮安、湖北应城和潜江、河南平顶山……几乎所有盐岩地下储气库都留下了杨春和院士的足迹。
        因为对技术掌握的越来越娴熟,杨春和院士认为工作也无需像最初那样辛苦,但他操心的事似乎却并没有减少。“现在就在考虑技术发展的可持续性问题,在中国应该需要20年才能形成一个系统。”杨春和院士分析称,对已建成的储气库需要维护长期运行下的安全性,还要考虑部分盐腔在没有利用价值后的闭库问题,更重要的是地下开采空间的综合利用问题。
      “采矿地下空间可以储气、储油、压气蓄能,甚至可以存放高放废物。”杨春和院士说“这些空间如果不加以利用会成为一种隐患,但通过综合开发反而对环境是一种维护,避免了地表沉降、塌陷现象的出现。”

        2017年3月,杨春和光荣入选湖北“荆楚楷模”先进人物在别人眼里的辛苦,在他眼里是热爱。“像做人一样去做研究,像喜欢一个人一样执着于研究。”杨春和院士这样概括成功的奥秘。大半辈子钻研盐岩地下油气储备,看着盐穴储库在手里生根发芽,开遍整个中国,“国外没做成的事,我们做成了,而且目前我们的技术已超过国外。”这是杨春和院士最骄傲的事。

参考资料:《默默无闻的“地下工作者——”国家“973”项目首席科学家杨春和》
杨春和:勇闯“地下空间”
杨春和研究员:潜心科研的赤子
杨春和:科技报国,创新为民
数据来源:《能源与政策研究》

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采编 | 雷 宇
排版 | 雷 宇
审核 | 雷宇 邱丹丹

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来源:腾讯网

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