2021年07月06日 星期二
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二氧化碳驅油與地質封存技術

2021-6-18 8:01:36 來源:中國礦業報 作者:陳楊 宋韋劍 李萬倫

提要:二氧化碳驅油技術最早應用于低滲透油藏開發,由于在驅油增產的同時可實現CO2埋藏與封存,成為目前經濟技術條件下一種有效的溫室氣體減排路徑。二氧化碳驅油與封存技術已在北美實現商業化、規模化應用,我國部分石油企業也已建成示范工程并逐步開展推廣應用。

二氧化碳捕集與封存(CCS)是將工業及能源相關產業排放出的二氧化碳,捕集、輸送并封存在特定的地質構造中,使其實現與大氣長期隔絕的過程。作為CCS技術的發展方向,二氧化碳捕集利用與封存(CCUS)在CCS的基礎上增加了二氧化碳利用環節,包括化學利用、生物利用、地質利用等。其中,地質利用又包括強化石油開采(CO2-EOR)、強化煤層氣開采(CO2-ECBM)、強化地熱開采(CO2-EGS)和強化深部咸水開采(CO2-EWR)等。就目前全球石油開采實踐來看,CO2-EOR技術成熟且已達到商業化應用規模,可在有效助力碳減排的同時實現油氣井增產的“雙贏”,在世界范圍內得到了越來越廣泛的關注。

一、二氧化碳驅油機理與發展歷程

我國低滲透油藏儲量約占總資源量的一半,經濟有效地開發低滲透石油資源對我國國民經濟發展、緩解石油對外依存度意義重大。理想條件下,注入油藏中的CO2與原油多次接觸后融為一體,形成混相帶,溶解了CO2的原油體積膨脹,黏度降低,界面張力減小,流動性增強,原先被束縛在地層水和巖石孔隙表面不具備開采條件的原油變為可流動原油,從而顯著提高驅油效率。在這一過程中,能否有效提升驅油效率的關鍵是CO2是否能與原油混相。

CO2-EOR技術研究最早始于20世紀50年代初的美國。20世紀80年代,美國大規模開發天然CO2氣田并鋪設輸氣管道,為油田開展工業化CO2驅油提供了穩定的氣源,多個低滲透特低滲透區塊注入CO2開發成為提高采收率的主要手段。我國的CO2-EOR技術探索始于上世紀60年代。在室內實驗機理研究的基礎上,大慶油田、勝利油田、江蘇油田等進行了先導性實驗,取得了一定進展。

近年來,隨著全球氣候變暖,如何減少以CO2為主的溫室氣體排放成為人類社會的嚴重關切。全球碳減排計劃的實施使CO2-EOR技術在CCUS工程中展現出新的價值:在CO2注入油層提高石油采收率的同時,通過多次回收循環注入隨石油采出的CO2,可最終實現CO2的凈零排放和永久地質封存。

二、二氧化碳驅油與地質封存發展現狀

全球碳捕集與封存研究院最新數據顯示,國外正在運行的商業化CCS項目有26個,其中16個用于提高石油采收率。從區域分布上來看,國外用于提高原油采收率的CCS項目主要分布在美國(10個)、加拿大(3個)、巴西(1個)、阿聯酋(1個)和沙特阿拉伯(1個)。封存的CO2主要來源于化肥生產廠和天然氣處理廠,部分來自乙醇生產、制氫、發電和鋼鐵制造等行業。這16個CCS項目的CO2捕集能力可達2745萬噸/年,其中CO2封存量排名前三的項目為美國的舒特克里特(Shute Creek)項目、美國的世紀(Century)項目、巴西的Pre-Salt油田。美國是世界上利用CO2驅油技術最成熟、項目最多、驅油效果最好的國家。為了提高石油產量,美國至今已注入CO2超過10億噸,CO2注入能力可達6800萬噸/年,可有效實現原油增產約1500萬噸/年。

截至2020年,我國11個CCUS項目的CO2封存規模近200萬噸/年,以CO2-EOR技術封存為主(約120萬噸/年),但各項目封存規模相對較小(低于30萬噸/年)。目前,部分石油企業已建成CO2驅油與封存示范工程并逐步開展商業化應用。公開數據顯示,中石油吉林油田CO2-EOR先導試驗區是我國第一個CO2-EOR項目示范區,也是我國第一個全流程CCUS項目,年埋存CO2能力可達30萬噸,已累計注氣212萬噸、封存192萬噸,累計增油20余萬噸。中石化勝利油田自2008年以來,應用CO2-EOR技術累計注氣43萬噸、封存40萬噸,累計增油10萬噸,CO2埋存率接近93%。陜西延長石油靖邊和吳起驅油與封存示范工程累計增油19.1萬噸,封存CO2 18.2萬噸。

三、面臨的挑戰與建議

我國大部分陸相低滲透油藏儲層條件復雜且原油性質特殊,實施CO2驅油工藝技術復雜、難度大。對于已實施的CO2-EOR項目,CO2氣源單一、捕集成本高且供給不足,CO2以陸路罐車運輸為主,效率低且成本高等因素,在一定程度上限制了驅油與封存規模。由于缺乏CO2地下空間開發利用審批與管理法規,封存區安全監測運行主體不明確。此外,技術指南、減排補償和投資等相關配套政策不完備也在一定程度上降低了相關企業開展CO2驅油與封存的積極性。

盡管目前我國二氧化碳驅油與地質封存技術實施難度大、規模小、產業化程度低,但在“雙碳”目標驅動下,仍有良好的發展前景。初步研究表明,我國約有130億噸石油地質儲量適合CO2-EOR技術開采,估計可增加可采儲量19.2億噸,同時封存約50億~60億噸CO2。下一步,應當加強對驅油與CO2封存區域地質條件調查,結合我國實際情況進行CO2-EOR理論與埋存工程技術體系創新,依托示范工程逐步建立和擴大完整的產業鏈工程,強化CO2地質封存環境風險監控。同時,應當建立健全多部門協調的政策法規標準體系,不斷完善碳市場管理與碳稅政策新機制,使二氧化碳驅油與地質封存技術在我國實現碳達峰和碳中和的目標中發揮更積極的作用。

(作者單位:中國地質調查局地學文獻中心)

網站編輯:宮莉

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