海陸并舉助力CCUS發(fā)展

■本刊記者 曲藝/ 編輯 余璇

將捕集到的二氧化碳注入油氣藏，把地下油氣采出來(lái)，而二氧化碳滯留地下，在二氧化碳封存的同時(shí)達(dá)到提高油氣采收率的目的。此即為“雙碳”目標(biāo)下風(fēng)靡油氣行業(yè)的CCUS技術(shù)。

“油氣行業(yè)是CCUS 產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主力軍。”7月3 日，在中國(guó)海油新能源發(fā)展與轉(zhuǎn)型研討會(huì)上，中國(guó)工程院院士周守為如是評(píng)價(jià)。

全球CCUS發(fā)展初具規(guī)模

CCUS 是實(shí)現(xiàn)碳中和的必由之路，也是化石能源近零排放的主要路徑。國(guó)際能源署測(cè)算，全球若要在2070年實(shí)現(xiàn)碳中和，CCUS將從化石能源碳排放中捕集67 億噸二氧化碳，從空氣中直接捕集8億噸二氧化碳。

最新數(shù)據(jù)顯示，全球CCUS 發(fā)展已初具規(guī)模，全球每年捕獲與封存二氧化碳約4300 萬(wàn)噸。現(xiàn)有CCUS項(xiàng)目仍以二氧化碳捕集、利用與埋存- 提高原油采收率（以下簡(jiǎn)稱“CCUS-EOR”）為主，未來(lái)規(guī)劃以封存項(xiàng)目為主。

美國(guó)在CCUS 技術(shù)方面超前布局，為CCUS廣泛商業(yè)規(guī)模部署提供了技術(shù)準(zhǔn)備，2020 年以來(lái)北美地區(qū)（美國(guó)和加拿大）新增40 多個(gè)CCUS項(xiàng)目。“美國(guó)是全球CCUS示范項(xiàng)目領(lǐng)先者，歐盟是CCUS 制度化和規(guī)范化的積極倡導(dǎo)者。”中國(guó)石油大學(xué)（北京）碳中和未來(lái)技術(shù)學(xué)院副院長(zhǎng)芮振華說(shuō)。

“積極倡導(dǎo)”體現(xiàn)在哪里？芮振華解釋稱：“歐盟出臺(tái)了《2030 年氣候與能源政策框架》《2050長(zhǎng)期戰(zhàn)略》《歐洲氣候法》等一系列重要文件，將實(shí)現(xiàn)氣候中和作為一個(gè)具有法律約束力的目標(biāo)。”

聚焦亞太地區(qū)，CCUS 發(fā)展迅速：中國(guó)積極推進(jìn)CCUS研究與發(fā)展；日本搶占碳循環(huán)利用技術(shù)創(chuàng)新高地；韓國(guó)發(fā)布《碳中和技術(shù)創(chuàng)新推進(jìn)戰(zhàn)略》，將CCUS 作為低碳綠色增長(zhǎng)及實(shí)現(xiàn)碳中和的關(guān)鍵；澳大利亞將CCS 納入減排基金中，這是亞太地區(qū)第一個(gè)CCS的財(cái)政激勵(lì)計(jì)劃……

政府持續(xù)加碼之下，企業(yè)也有著精密的部署。

芮振華介紹，艾奎諾公司（Equinor）致力于石油和天然氣、可再生能源和低碳解決方案，目標(biāo)是到2050 年成為凈零能源公司。計(jì)劃2030年將所有投資的50%用于可再生能源和低碳解決方案，2035年達(dá)到1500萬(wàn)—3000萬(wàn)噸/年二氧化碳運(yùn)輸和封存能力。

埃克森美孚公司（Exxon Mobil Corporation）目前擁有900 萬(wàn)噸/年碳捕獲能力，2019 年二氧化碳捕集量占全球總捕集量的23%（全球排名第一），計(jì)劃2030 年每年捕集和封存5000 萬(wàn)噸二氧化碳，2040年每年捕集和封存1億噸二氧化碳。

不難窺見(jiàn)，國(guó)際能源公司在CCUS領(lǐng)域的壯志雄心。

典型案例方面，芮振華認(rèn)為挪威Sleipner項(xiàng)目和加拿大Weyburn-Midale項(xiàng)目極具代表性。

據(jù)悉，挪威Sleipner 項(xiàng)目于1996 年投入使用，每年可封存二氧化碳100 萬(wàn)噸，截至2022年，累計(jì)封存二氧化碳超過(guò)2000 萬(wàn)噸。這是首個(gè)具有溫室氣體減排概念的CCUS項(xiàng)目，也是世界首個(gè)海上大規(guī)模碳捕集封存示范項(xiàng)目。

此外，2000 年由國(guó)際能源機(jī)構(gòu)和加拿大共同開(kāi)發(fā)的Weyburn-Midale 項(xiàng)目，是二氧化碳提高采收率和地質(zhì)封存的世界樣板工程，二氧化碳驅(qū)增產(chǎn)原油預(yù)計(jì)1.6億桶，采收率在水驅(qū)基礎(chǔ)上預(yù)計(jì)可提高13%—19%。

國(guó)內(nèi)積極推進(jìn)CCUS全產(chǎn)業(yè)鏈規(guī)模化發(fā)展

目光投向國(guó)內(nèi)，2022年，國(guó)內(nèi)首個(gè)百萬(wàn)噸級(jí)CCUS 項(xiàng)目——“齊魯石化—?jiǎng)倮吞锇偃f(wàn)噸級(jí)CCUS 項(xiàng)目”正式注氣運(yùn)行。“這標(biāo)志著我國(guó)CCUS 產(chǎn)業(yè)開(kāi)始進(jìn)入技術(shù)示范中后段——成熟的商業(yè)化運(yùn)營(yíng)。”芮振華說(shuō)。

“齊魯石化—?jiǎng)倮吞锇偃f(wàn)噸級(jí)CCUS 項(xiàng)目”是我國(guó)最大的碳捕集利用與封存全產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)痉痘亍ｍ?xiàng)目覆蓋石油地質(zhì)儲(chǔ)量2500 余萬(wàn)噸，部署70 余口注入井，預(yù)計(jì)15 年累計(jì)注入1000 余萬(wàn)噸，增油近300 萬(wàn)噸，采收率提高12%以上。

7 月11 日，我國(guó)首條百萬(wàn)噸輸送規(guī)模、百千米輸送距離、百公斤輸送壓力的高壓常溫密相二氧化碳輸送管道工程——“齊魯石化—?jiǎng)倮吞锇偃f(wàn)噸級(jí)CCUS項(xiàng)目”二氧化碳輸送管道正式投運(yùn)，對(duì)推動(dòng)我國(guó)CCUS全產(chǎn)業(yè)鏈規(guī)模化發(fā)展具有里程碑意義。

值得一提的是，這是我國(guó)首次實(shí)現(xiàn)液體二氧化碳長(zhǎng)距離密相管輸。密相指的是二氧化碳在高于臨界壓力和低于臨界溫度，即操作壓力高于7.38 兆帕和操作溫度低于31.1 攝氏度的條件下所呈現(xiàn)的一種狀態(tài)。該管道每年可將170萬(wàn)噸齊魯石化生產(chǎn)捕集的二氧化碳輸送到勝利油田的地下油藏進(jìn)行驅(qū)油封存，是“齊魯石化—?jiǎng)倮吞锇偃f(wàn)噸級(jí)CCUS項(xiàng)目”的重要一環(huán)。

二氧化碳管道運(yùn)輸在運(yùn)輸規(guī)模、成本和社會(huì)效益方面具有明顯優(yōu)勢(shì)，是實(shí)現(xiàn)陸上大規(guī)模、長(zhǎng)距離、低成本運(yùn)輸?shù)氖走x。但是，目前我國(guó)二氧化碳管道運(yùn)輸尚在起步階段，現(xiàn)有少量短距離、小規(guī)模、低壓力的二氧化碳輸送管道，運(yùn)輸方式仍以低溫儲(chǔ)罐公路運(yùn)輸為主。根據(jù)北京理工大學(xué)發(fā)布的《我國(guó)CCUS運(yùn)輸管網(wǎng)布局規(guī)劃與展望》報(bào)告，要實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)，全國(guó)需建設(shè)總里程超過(guò)1.7萬(wàn)千米的二氧化碳運(yùn)輸管道。

“包括管網(wǎng)系統(tǒng)的交叉風(fēng)險(xiǎn)防控體系、管道失效風(fēng)險(xiǎn)診斷與監(jiān)控等。”在中國(guó)科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所研究員李小春看來(lái)，大規(guī)模長(zhǎng)輸管道安全保障方面的技術(shù)尚待突破。

中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局發(fā)布的海域二氧化碳地質(zhì)封存潛力評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，我國(guó)海域18 個(gè)主要沉積盆地地殼穩(wěn)定、分布廣、地層厚度大，二氧化碳地質(zhì)封存潛力達(dá)2.58 萬(wàn)億噸，足夠?yàn)閿?shù)十年乃至數(shù)百年的排放提供封存空間。

順應(yīng)全球能源行業(yè)低碳化發(fā)展大趨勢(shì)，海洋碳封存亦如火如荼。

中國(guó)海油副總地質(zhì)師兼研究總院黨委書(shū)記、董事長(zhǎng)、總經(jīng)理米立軍在會(huì)上指出，海上油氣面向新能源的發(fā)展與轉(zhuǎn)型既是時(shí)代發(fā)展的特征和要求，也是能源企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的方向和路徑。

6 月1 日，我國(guó)首個(gè)海上二氧化碳封存示范工程項(xiàng)目在南海東部海域恩平15-1平臺(tái)正式投用，標(biāo)志著我國(guó)已擁有海上二氧化碳捕集、處理、注入、封存和監(jiān)測(cè)的全套技術(shù)和裝備體系，填補(bǔ)了我國(guó)海上二氧化碳封存技術(shù)的空白。

米立軍介紹，常規(guī)海洋油氣資源開(kāi)發(fā)時(shí)，伴生氣中二氧化碳的含量在20%—30%，恩平15-1 油田伴生氣的二氧化碳含量更是高達(dá)95%。技術(shù)人員在距離恩平15-1 平臺(tái)約3 千米外、海床800米之下的巖層中找到一個(gè)“穹頂”式地質(zhì)構(gòu)造，該種地質(zhì)構(gòu)造仿佛一個(gè)倒扣在地底下的“巨碗”，不僅存儲(chǔ)量大，而且自然封閉性強(qiáng)，能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定地罩住二氧化碳。

“為了將二氧化碳安全長(zhǎng)效地回注、封存，我們的技術(shù)團(tuán)隊(duì)研制了首套復(fù)合材料二氧化碳分子篩脫水橇、適用于海洋高濕高鹽環(huán)境的首套超臨界大分子壓縮機(jī)，實(shí)現(xiàn)了諸多工程技術(shù)創(chuàng)新。”米立軍說(shuō)，恩平15-1 平臺(tái)全開(kāi)采周期所產(chǎn)生的150萬(wàn)噸二氧化碳，絕大部分將注入海底“巨碗”，深埋其中，其減碳規(guī)模相當(dāng)于植樹(shù)近1400萬(wàn)棵，或停駛近100萬(wàn)輛轎車。

技術(shù)、產(chǎn)業(yè)等層面面臨挑戰(zhàn)

毋庸置疑的是，CCUS是我國(guó)低碳綠色發(fā)展和應(yīng)對(duì)氣候變化的重要技術(shù)支撐，具有巨大潛力。

我國(guó)自20 世紀(jì)60 年代開(kāi)始探索二氧化碳驅(qū)油技術(shù)，因缺乏二氧化碳?xì)庠吹冗M(jìn)展緩慢。2005 年以來(lái)隨著含二氧化碳天然氣藏開(kāi)發(fā)、工藝進(jìn)步及低滲透油藏提高采收率需求，CCUS-EOR 技術(shù)駛?cè)肟燔嚨溃纬闪吮容^完善的配套技術(shù)，礦場(chǎng)試驗(yàn)效果顯著。

談及CCUS-EOR 的技術(shù)發(fā)展脈絡(luò)，與會(huì)專家表示，傳統(tǒng)CCUS-EOR 技術(shù)以“最高采收率”為目標(biāo)，CCUS-EOR 協(xié)同技術(shù)以“減碳增產(chǎn)”為雙目標(biāo)，封存驅(qū)動(dòng)型CCUS-EOR技術(shù)以“二氧化碳最大封存量”為主要目標(biāo)。

芮振華介紹，歐美國(guó)家是全球CCUS專利的主要來(lái)源國(guó)，中國(guó)具有后發(fā)優(yōu)勢(shì)，成為近幾年專利申請(qǐng)主要增長(zhǎng)力量。然而，我國(guó)CCUS技術(shù)及產(chǎn)業(yè)發(fā)展缺乏大規(guī)模的工業(yè)化示范和應(yīng)用，基礎(chǔ)研究工作較為薄弱，存在挑戰(zhàn)。

對(duì)于CCUS 的發(fā)展趨勢(shì)，米立軍指出CCUS存在碳捕集、源匯匹配、注采輸腐蝕控制、封存安全性、環(huán)境檢測(cè)核查等技術(shù)挑戰(zhàn)，以及標(biāo)準(zhǔn)體系、產(chǎn)業(yè)政策、商業(yè)生態(tài)模式等產(chǎn)業(yè)挑戰(zhàn)。

“近海的二氧化碳海洋封存具有二氧化碳海洋封存源匯臨近、源匯匹配余地大、封存安全性高的優(yōu)勢(shì)，應(yīng)著重從理論研究到示范應(yīng)用開(kāi)展全面技術(shù)攻關(guān)，要加大人才體系建設(shè)，創(chuàng)新體制機(jī)制，激發(fā)創(chuàng)新活力。”米立軍強(qiáng)調(diào)。

“渤海灣、鄂爾多斯、準(zhǔn)噶爾等油氣盆地是當(dāng)前我國(guó)CCUS-EOR 產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主戰(zhàn)場(chǎng)，CCUS-EOR 發(fā)展大有可為。”芮振華呼吁，要注重CCUS 產(chǎn)學(xué)研協(xié)同創(chuàng)新融合發(fā)展，加強(qiáng)CCUS領(lǐng)域創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)建設(shè)與人才培養(yǎng)。

周守為指出，恩平15-1 油田二氧化碳封存示范工程的投用，奠定了未來(lái)“岸碳入海”的技術(shù)支撐和現(xiàn)實(shí)條件，為粵港澳大灣區(qū)乃至全國(guó)提供了快速降碳的可行方案。

米立軍告訴記者，中國(guó)海油已經(jīng)在廣東惠州啟動(dòng)我國(guó)首個(gè)千萬(wàn)噸級(jí)CCUS項(xiàng)目，未來(lái)將捕集大亞灣地區(qū)排放的二氧化碳，通過(guò)管道、船舶等方式輸送到海上進(jìn)行封存。

另?yè)?jù)透露，中國(guó)海油還將繼續(xù)推動(dòng)前沿領(lǐng)域研究，聯(lián)合材料、裝備制造和海洋工程等多個(gè)領(lǐng)域，對(duì)二氧化碳源匯匹配、捕集、輸送、封存、監(jiān)測(cè)、利用等開(kāi)展技術(shù)攻關(guān)與工程示范，率先在南海東部海域打造出油氣資源綠色開(kāi)發(fā)和全空間資源開(kāi)發(fā)利用基地。

“二氧化碳水合物固化封存是一個(gè)全新的方向。我們正在研究一系列相關(guān)課題，也希望更多人參與進(jìn)來(lái)。”展望未來(lái)，周守為認(rèn)為如果這個(gè)目標(biāo)達(dá)成，二氧化碳的封存量將呈幾何倍數(shù)增加，實(shí)現(xiàn)從0到1的重大突破。■

我國(guó)首個(gè)海上二氧化碳封存示范工程項(xiàng)目在中國(guó)海油恩平15-1平臺(tái)正式投用。（中國(guó)海油供圖）