近日，國家自然科學基金基礎科學中心項目首席科學家孫寶江教授團隊在Nature Communications上發表了題為“Review on Natural Hydrogen Wells Safety”的前沿技術研究成果。論文第一作者與通訊作者為孫寶江教授。該研究得到國家自然科學基金基礎科學中心項目等資助。
天然氫氣作為一種由復雜地質作用生成的可再生氫氣，其更低的生產成本和巨大儲量被認為是未來能源格局中的重要支柱。世界范圍內，美國、歐盟、澳大利亞等多個國家或組織近兩年均已將地下的天然氫氣勘探開發列為重點前沿性攻關項目。然而，由于低密度、低粘度以及特殊的生物和化學反應屬性，天然氫氣勘探開發中井筒的安全性將面臨嚴峻挑戰。
論文針對油/套管損壞、水泥/密封件失效以及環空壓力過度積聚等難題（圖1），揭示了氫脆、微生物腐蝕、氫-水泥反應和氫致橡膠降解等引起井筒安全問題的風險機制，給出了解決井筒安全問題應對策略，指出了井筒材料在多因素影響下的氫腐蝕機制、水泥失效機制、非金屬密封材料的失效機制以及環空壓力積聚機制將是未來研究的熱點，并結合近期研究進展提出了具體研究方向和研究方法的建議。
圖1 天然氫氣開采井井筒安全挑戰及產生風險機制
該論文評審專家認為：“論文解決了天然氫氣開發中井筒安全關鍵問題，是向清潔能源過渡的關鍵工作。” “文章非常吸引人，因為它解決了非常前沿的天然氫氣開發的安全問題。” “地下天然氫氣是一種潛在的清潔能源，作者探索了其開采過程中面臨的井筒安全挑戰，論文的思想、論證和討論都非常出色和新穎。”
孫寶江教授團隊長期致力于油氣井工程技術研究和工程實踐，特別是在深水、深層鉆完井中的井筒壓力控制與災害防控技術領域取得多項重要創新成果，主持國家973計劃項目、國家自然科學基金基礎科學中心課題和重點項目等國家級重大重點項目16項，獲國家技術發明二等獎、國家科技進步二等獎、山東省科技進步一等獎等省部級以上科技獎勵11項，相關成果在我國首口萬米科探井“深地塔科1井”、首個自營深水大氣田“深海一號”、海域天然氣水合物試采工程等國家重大工程中發揮重要作用。