图 天然氢气开采井井筒安全挑战及产生风险机制

　　在国家自然科学基金项目（批准号：52288101、U21B2069）等资助下，中国石油大学（华东）孙宝江教授团队联合中国地质大学（北京）研究人员在天然氢气开发井筒安全方面取得进展，相关研究成果以“天然氢气开发井筒安全研究进展与展望（Review on natural hydrogen wells safety）”为题，于2025年1月3日发表在《自然·通讯》（Nature Communications）。论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-55773-y。

　　随着全球气候变化与工业化加速发展，传统化石能源向清洁能源转型是亟待解决的全球性难题。天然氢气藏是由复杂地质作用自然形成并富集在地下多孔介质内的绿色清洁资源，其勘探开发是能源领域的新方向。马里的Bourakebougou氢气田开发实践初步验证了天然氢气开采的可行性。由于低密度、低粘度以及特殊的生物和化学反应属性，天然氢气勘探开发中的井筒稳定与安全性将面临严峻挑战。

　　本文系统梳理了天然氢气田钻采过程中井筒面临的生产管柱和套管损坏、水泥环和密封件失效、环空压力过度累积和井口失稳风险高等难题，阐述了氢脆、微生物腐蚀、氢-水泥反应和氢致橡胶退化等引起井筒材料破坏和强度降低的风险机制及最新研究进展，并深入探讨了抗氢脆金属涂层、橡胶填充物和水泥添加剂等保障井筒完整性的应对策略。通过分析氢气对金属、水泥和橡胶物理化学特性的影响规律，提出了井筒在富含氢气的地质环境条件下金属腐蚀、水泥环退化、非金属密封材料失效与环空高压机制等研究攻关方向。同时，本文针对氢致井筒部件的损坏机理研究，给出了详实的室内物模实验及多物理场耦合数值模拟的方法建议。

　　该研究探究了天然氢气开采过程中井筒损伤及失效机制，指明了未来复杂地质环境条件下应对天然氢气井筒风险的攻关方向，对天然氢气勘探开发前沿技术研发具有指导意义。