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以科技创新为桨助力我国石油石化产业新时期

来源:李林洁 王熙大 石油商报 发布时间:2021-01-22
“十四五”已扬帆起航,在各国新冠肺炎疫情蔓延、全球经济衰退、国际竞争加剧等多重矛盾交织的复杂环境下,在全球化低碳发展、能源转型的潮流推动下,我国石油石化产业需以创新驱动和绿色发展作为战略出发点,补短板、调结构、促升级,迎接一场新的革命。


内忧外患双重挑战下

石油石化产业急需转型升级



油气增储上产需求凸显,提升勘探开采力度迫在眉睫。

我国的油田油藏品质偏差,类型复杂,经过多年的勘探开发,面临单井产量下降趋势不断加剧、含水高、开发方式单一等严峻形势。且近年来国内能源的自我保障能力持续下降,原油进口依存度逐年上升。2019年,我国原油进口量为5.0572亿吨,同比增长9.5%,原油对外依存度高达72.45%,较2018年上升了1.63个百分点,增加对原油的储备能力迫在眉睫。国家能源局在2020年7月25日召开的大力提升油气勘探开发力度工作推进会上明确提出石油行业的发展方向:着力突破油气勘探开发系列关键技术、加快已探明未动用储量的动用、加大非常规油气资源开发利用力度等,力求举全行业之力推动油气增储上产。

如今,在新冠肺炎疫情冲击下,石油供需结构失衡导致全球油价持续低位,正是国内积极购入、扩大石油战略储备的良机,但国际形势变幻莫测,油气资源只有自主可控才能构筑坚不可摧的国家能源安全壁垒。为此,国内石油产业需拓宽开发渠道、加大开采力度,进军深水、超深水、深地等地质复杂领域。另外,致密油、页岩油等非常规资源将成为国内石油产储量增长的重要组成部分,提升非常规油田的产建水平也是石油产业将要面临的挑战。

行业病灶制约产业升级,结构性矛盾亟待解决。

化工新材料产业是国民经济的先导性产业,直接影响着国内战略性新兴产业的发展。经过多年技术攻关,我国已从石化弱国蜕变为石化大国,国内甲醇、合成树脂、合成橡胶等产品的产量已稳居世界第一。然而,我国化工新材料产业在技术水平、产品质量等方面与国外发达国家仍存在很大差距,主要原因为国内石化产业存在低端产能过剩、高端产品供给严重不足、创新体制不健全、关键配套原料产业化程度低等短板与不足,导致国内关键化工材料“卡脖子”问题广泛存在。

国内化工新材料产品整体短缺,高性能产品大量依赖进口。2019年,我国化工新材料的净进口金额约0.5万亿元,自给率仅为60%。加快关键化工新材料的国产化,提升自给能力是我国当前首要解决的难题。

能源转型成全球大势,传统能源产业面临战略选择。

能源转型对于生态文明建设和实现可持续发展这一世界性议题意义重大。展望未来能源发展图景,能源消费形势将从高能源密度的化石能源向低能源密度的可再生能源过渡。据中国石油经济技术研究院发布的《2050年世界与中国能源展望》(2019版)预测,世界能源加快向多元化、清洁化、低碳化转型。预计到2050年,天然气和非化石能源等清洁能源占比合计达56%。为顺应全球“能源革命”潮流,早日实现碳中和目标,国内能源结构调整势在必行。

作为传统能源行业的主力军,石油石化企业肩负着绿色、高质量发展的任务和助力国家能源体系向低碳目标发展的责任,需展开新型可再生能源发展模式的探索,着力实现传统能源与新能源的融合发展,积极构建高效现代能源体系。


多维度创新

助力石油石化行业多元化发展



磨砺材料装备技术利剑,助推石油产业高质量发展。

国内石油产业进军深层、深海以及页岩油等勘探领域,需以新材料做支撑,加速钻井、压裂和防腐等领域关键材料和装备的攻关研发,方能稳步实施规模增储工程、石油稳产工程,实现石化产业持续发展。

日趋复杂的地质条件对钻井技术要求愈发严苛,智能化钻机、新型钻头、高强轻质特种合金钻杆、高性能钻井液等关键装备和材料成为国内石油领域亟需解决的技术难题。另外,我国对于钻杆的研发也处于弱势,使用的铝合金钻杆技术主要来自俄罗斯,后续应加强智能钻杆、超强度钢钻杆、钛合金钻杆、碳纤维复合材料钻杆等新产品、新工具的自主研发。

作为非常规油气开发的“撒手锏”技术,压裂技术的更新迭代成为关注焦点。国内在压裂装备保障方面还存在较大差距,需围绕大幅提高压裂装备能力、研发成套电动压裂装备、提高压裂泵车性能等方面开展研发工作。另外,北美非常规石油开发用压裂支撑剂的石英砂替代率已高达69%~100%,而国内只有20%~30%。国内石油行业还需加快石英砂替代陶瓷和简化压裂液配方等方面的研究,以降低材料成本。

随着石油管及装备服役的工况环境越来越苛刻,腐蚀导致的滴、漏等问题也愈发严重。为有效解决油田勘探与开发、油气管道输送等领域的腐蚀与防护共性问题,需重点关注合金钢、不锈钢、镍合金等耐蚀合金以及快干型环氧涂料和新型无机涂料等防腐涂料在石油行业的开发与应用。除此以外,还应注重其他新型材料在石油工程领域的应用技术开发。可分解金属和可降解弹性体由于具备能够有效减少堵塞的优势,未来可能会取代完井作业中使用的传统复合胶塞产品。

布局前沿化工新材料,支撑发展战略性新兴产业。

为实现国内石化行业的高质量发展,化工新材料行业应紧密结合国内国防军工、航空航天、新能源汽车等领域的重大战略需求,聚焦行业发展瓶颈,紧跟国际前沿,重点布局高端聚烯烃、聚氨酯材料、工程塑料等亟需国产替代的新材料,补齐短板,培育创新生态,推动我国从石化大国转变为石化强国。

我国聚烯烃市场结构性矛盾尤为突出,中低端通用产品竞争激烈,高端聚烯烃严重依赖进口。长远来看,开发差异化、高端化产品是国内聚烯烃行业突破的重要方向。首先,应重点围绕聚烯烃催化剂和关键配套原料进行技术攻关,改进催化剂体系,降低生产成本。其次,对标国外同类产品性能和关键参数,着重提升超高分子量聚乙烯等国内结构性矛盾较为突出的产品质量和工艺水平。最后,加大对乙烯-乙烯基醇(EVOH)等国内暂未实现工业化生产产品的研发投入,并通过改变工艺、操作参数等加快创新产品的研发,形成自主研发能力。

类似于高端聚烯烃产业,国内其他化工新材料产业同样需要尽快消除关键原材料的供应瓶颈,提升现有产品的质量水平。国内石化行业应着重推进脂肪族二异氰酸酯等生产聚氨酯用特种异氰酸酯、聚酰胺工程塑料上游关键原料己二腈等原材料生产技术的国产化进程,重点提升聚甲醛和聚碳酸酯等工程塑料、聚乳酸等可降解材料、异戊橡胶和稀土顺丁橡胶等高性能合成橡胶、碳纤维和芳纶等高性能纤维、燃料电池质子膜和新型光伏材料用膜等功能性膜材料、光刻胶和OLED显示材料等电子化学品等产品的核心竞争力。补齐短板的同时,国内石化行业还应密切关注新材料领域最新热点,充分利用国内外创新资源,重点发展石墨烯、3D打印材料、超材料等前沿新材料,催生和引领新兴产业发展。

顺应时代要求调结构,产业融合互补育新机。

现阶段全球能源转型是大势所趋,能源需求和技术组合需求都将向着更加绿色的方式转变,石化行业需把握住这一契机,前瞻布局和培育清洁能源产业,合理调整产业结构,增强在全球能源市场中的综合竞争实力。

石化企业可充分利用自身得天独厚的条件,加速推动氢能和风能等新能源绿色发展。氢能方面,发力于制氢、储运以及加氢站建设三大环节,形成规模化氢能供应链。一是发挥资源优势,发展天然气、炼厂干气和石油焦制氢技术,寻求低成本规模化制氢技术路线。二是利用天然气管网优势,发展管道掺氢混合输运业务,打造氢气安全且高效的运输系统。三是基于加油终端网络优势,布局油、气、电、氢一体化综合能源站,为氢能消费端市场培育提供有利依托。风能方面,可利用石化企业在沿海地区拥有自发电装置的独特优势建设风电场,探索开发海岸风能发电,布局海上风电开发战略。

另外,石化行业在支撑新能源产业快速发展的关键材料领域也存在巨大的潜力。随着我国储氢行业市场空间和风电装机容量的不断增长,高压储氢瓶和风电叶片用碳纤维及碳纤维复合材料需求也将持续上升,石化企业可重点攻关高纯丙烯腈(纯度99.95%及以上)、高性能环氧树脂等制约国内碳纤维及复合材料发展的关键材料。另外,IV型储氢瓶的内胆材料和天然气掺氢运输的管道选材对抗氢脆性能和抗氢气渗透性能提出了更严格的要求。目前,国外帝斯曼公司已经研发出以聚酰胺(PA6)吹塑作为内胆的IV型瓶。PipeLife公司生产了一类增强热塑性SoluForce H2T管道,该管道外层及内层采用高密度聚乙烯(HDPE),芳纶纤维作为增强层,铝层作为阻隔层,已经成功用于输配氢气。然而,国内对于这些领域的研究尚未取得突破,石化行业有必要围绕具备极低氢气渗透率等性能的材料开展相关研究,为未来国内氢能发展提供系统可靠的材料方案。


以科技创新为基点

谱写石油石化行业高质量发展新篇章



石油石化产业是关乎国计民生的战略性产业,除了存在各种需要克服的内因,在“十四五”时期还面临着经济下行、贸易争端、生态挑战、大国竞争等诸多外因挑战。为顺利步入“十四五”发展新阶段,把握高质量发展新机遇,石油石化产业需立足于世界油气行业发展大趋势与大环境,围绕科技创新和绿色发展主旋律,着眼于产业突出矛盾和短板,有针对性地部署重点任务,开创石化强国新局面。

第一,以创新驱动油气工业实力升级,紧跟国家战略步伐,未雨绸缪。伴随全球能源格局发生深刻变革,美国对华遏制手段不断升级,国内油气资源对外依存度高等矛盾日益凸显,迫切需要国内相关产业深入挖掘资源潜力,布局前沿勘探领域,做好石油工程关键技术储备,提升中国油气勘探开采实力,确保“增储、稳油”目标的顺利达成,完善国家石油供应体系,做好保障国家能源安全的“定盘星”。

第二,以创新攻破化工新材料技术瓶颈,追求绿色高端发展,制胜未来。直面化工新材料处于产业价值链中低端水平的现状,聚焦国防工程、高端装备等战略性领域技术实力薄弱和进口依赖程度高的关键材料短板,精准发力,推动高附加值化工新材料产品做精做专、石油石化产业链集群做大做强,将产业发展命脉牢牢掌握在自己手上。

第三,以创新加速新能源产业布局,积极与国际接轨,因势而谋。遵循绿色循环创新发展目标,借鉴国际先进发展经验,充分发挥石油石化产业具备的独特优势,一方面从低成本制造、能源运输、终端服务等环节入手布局新能源供应链;另一方面瞄准匹配新能源发展的材料开展技术攻关,促进新能源配套产业协同升级。石油石化产业可以用新能源业务作为绿色发展新名片,开启国际能源合作新篇章。(李林洁 王熙大 王亚会  国家新材料产业发展战略咨询委员会天津研究院

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