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二氧化碳變?yōu)閷?驅動石油產出來

2024-08-05 08:58:56 《 人民日報 》   作者: 李蕊  

中國石化“齊魯石化—勝利油田百萬噸級CCUS項目”二氧化碳輸送管道工程首站。

勝利油田供圖

二氧化碳捕集、利用與封存(CCUS)技術,是指把工業(yè)生產等過程中排放的二氧化碳捕集提純,繼而投入新的生產過程進行再利用和封存。2022年,我國首個百萬噸級CCUS項目中國石化“齊魯石化—勝利油田百萬噸級CCUS項目”正式注氣運行,每年約減排二氧化碳100萬噸,相當于每年植樹近900萬棵,有力推動了能源綠色低碳轉型。

導致全球變暖的二氧化碳,不僅能注入地下封存、實現(xiàn)減排,還能成為增產石油的“香餑餑”?

在山東淄博齊魯石化第二化肥廠,矗立著兩個巨型儲罐。經(jīng)過處理的液體二氧化碳從罐中出發(fā),搭乘專屬“地鐵”——我國最長的二氧化碳輸送管道,一路向北輸送109公里后,抵達“終點站”勝利油田正理莊油田生產區(qū),被注入地下油藏封存的同時,驅動更多石油產出來。

這是中國石化勝利油田和齊魯石化聯(lián)手打造的國內首個百萬噸級二氧化碳捕集、利用與封存(CCUS)示范工程。“把工業(yè)生產等過程中排放的二氧化碳捕集提純,繼而投入新的生產過程進行再利用和封存,正是CCUS技術的原理。”勝利油田CCUS油藏開發(fā)研究高級專家張傳寶說。

據(jù)測算,項目預計15年可增油300萬噸,每年約減排二氧化碳100萬噸,相當于每年植樹近900萬棵,有力推動了能源綠色低碳轉型。

打開技術“大門”——

“磨刀石”里采石油

不止一次,張傳寶恨不得鉆到3000米深的地下油層中一探究竟,“到底怎么把油從‘磨刀石’里擠出來?”

“地下的石油并非像河流一樣自由流動,有些低滲透油藏儲存在地下幾千米深的巖石縫隙中,開采難度大。喚醒這塊‘沉睡’的地下寶藏,對我國能源安全具有重要意義。”幾十年來,張傳寶一直在試圖“啃下”油田開發(fā)的一塊“硬骨頭”——低滲透油藏。

要想把石油采出,往往要靠水來驅動,可低滲透油藏的儲層巖石像磨刀石一樣致密、堅硬。一些情形下,水注不進去,油采不出來。

水注不進去,無孔不入的氣行不行?科研工作者盯上了二氧化碳。“超臨界二氧化碳有獨特的性能,密度像液態(tài),黏度像氣體,分子結構小、黏度小,更容易進入低滲巖石的孔隙中。如果能讓它與原油混相為一種液體,增加原油流動性,就能讓原本躲藏在孔隙中的原油‘現(xiàn)身’,提高原油產量。”張傳寶說。

當時,國內CCUS技術尚屬科研“無人區(qū)”。1996年開始,科研工作者花了3年時間,自行設計物理模擬裝置,通過一次次物理評價和試驗,找到了影響二氧化碳與原油混相的三大因素——壓力、溫度、原油物性,為后期理論研究奠定了基礎。

理論證明了二氧化碳驅油行之有效,但實踐起來并不順利。2008年,油田科研工作者在勝利油田高89—1區(qū)塊進行試驗。“在地下,油藏壓力達到一定值,二氧化碳處于超臨界狀態(tài),有較大溶解能力,原油溶入二氧化碳,混相為一種液體。可實際操作時,壓力達不到合適值,導致氣和油‘各行其道’、難以互溶。”張傳寶說。

到底多大壓力,才能讓原油和二氧化碳在地下互溶?2013年,油田科研工作者移師勝利油田樊142區(qū)塊,開展了長達1800多天的試驗,壓力值從17兆帕一點點往上提……終于,當壓力值升到40兆帕時,石油從井口噴薄而出。

破解混相壓力值這個關鍵難題后,二氧化碳與孔隙中的原油成功互溶,原油充分流動起來,區(qū)塊內石油產量大大提升。由此,“二氧化碳高壓混相驅”技術形成,并取得礦場應用突破,成功打開了CCUS技術“大門”。

打通應用堵點——

實現(xiàn)二氧化碳全密閉高效注入

試驗數(shù)據(jù)顯示,二氧化碳驅油效率比常規(guī)水驅高40%,可提高石油采收率7至20個百分點。但從先導試驗走向規(guī)模化應用,并不容易。

“到底怎么把二氧化碳安全高效注入地下?”在勝利油田CCUS項目部建設保障部高級主管趙鐵軍看來,這是阻礙應用的難點。在原有的注入模式下,隨著壓力和溫度的變化,液化的二氧化碳中有20%—30%會變成氣態(tài),悄悄“溜走”,降低了封存效率。

能否研發(fā)一套設備,避免二氧化碳“溜走”?翻文獻、詢專家、蹲現(xiàn)場……趙鐵軍與團隊反復修改設計方案,一次次建模、桌演、優(yōu)化,攻克二氧化碳全密閉高效注入技術難關。

在正理莊油田生產區(qū),有一臺具有完全自主知識產權的模塊化、自動化、標準化二氧化碳全密閉高效注入裝置,裝置旁布設著幾條白色管路,上面標記著“回流”“壓力”等。

“通過增設回流遇冷管路和高壓氣液分離裝置,讓‘溜走’的二氧化碳進入裝置,液化后可再次注入,實現(xiàn)了二氧化碳全密閉高效注入。”勝利油田CCUS項目部經(jīng)理于法珍介紹。

二氧化碳實現(xiàn)高效注入,除了密閉,計量也是關鍵,向井下注二氧化碳時,得精準把控注入量。2018年,趙鐵軍曾到多個油田調研,發(fā)現(xiàn)CCUS技術推廣應用時,質量計量技術遲遲難以突破,若是從國外購置高壓精確流量計,支出不菲。

怎么給二氧化碳注入裝備安上“眼睛”?有一天,趙鐵軍給侄子輔導物理作業(yè),正好講到了質量與密度的計算方法。“能不能用密度和體積換算,得出二氧化碳的質量?”趙鐵軍靈光一現(xiàn)。

半年時間里,趙鐵軍與團隊現(xiàn)場測取了上萬組數(shù)據(jù),采集不同壓力下的二氧化碳密度,創(chuàng)新制作出最高壓力為40兆帕的密度圖版,再將二氧化碳集成到體積流量計中,從而精確計算出二氧化碳的質量。

規(guī)模化應用中,難題被一道道攻克:針對不同的氣竄通道,研發(fā)形成相應的封堵技術;實施采出氣液全程密閉集輸與處理工藝,將采出液中的二氧化碳回收,進行二次驅油與封存……封存率一次能到60%—70%,通過多次捕集、再注入,地下油藏就能成為完全封存二氧化碳的“保險箱”。

這些豐富的工程實踐經(jīng)驗,為CCUS項目建設提供技術標準。2022年,中國石化“齊魯石化—勝利油田百萬噸級CCUS項目”正式注氣運行,標志著我國CCUS產業(yè)開始進入技術示范中后段——成熟的商業(yè)化運營。

補強產業(yè)鏈條——

建二氧化碳專屬“地鐵”

“工程覆蓋低滲透油藏儲量2500多萬噸,按照計劃,未來15年要向油田注入二氧化碳1000萬噸。”勝利油田機械設備高級專家叢巖說。

上千萬噸的二氧化碳從哪來?“在齊魯石化第二化肥廠,煤氣化裝置排放的二氧化碳尾氣屬于優(yōu)質的二氧化碳資源,性能穩(wěn)定,純度高達90%。”叢巖介紹,齊魯石化通過液化提純技術,回收煤氣化裝置尾氣中的二氧化碳,更加節(jié)能。

接著,二氧化碳要經(jīng)歷“長途跋涉”,輸送至百公里外的正理莊油田生產區(qū)。怎樣確保遠距離運輸全程安全高效?

“起初用罐車,不環(huán)保,效率也低。”叢巖說,于是,他們想到為二氧化碳建一條專屬“地鐵”——二氧化碳運輸管道。

“理論上講,要實現(xiàn)二氧化碳在管道內液態(tài)輸送有兩種方式,一種是常壓低溫液化,但容易帶來土壤凍脹、環(huán)境損害等問題;另一種常溫高壓液化,前提是要確保管道內壓力始終高于液化壓力,這就需要一臺增壓設備。”叢巖說,在此前,成熟的二氧化碳增壓裝置技術一直是短板,裝置主要依賴進口。

在齊魯石化第二化肥廠廠區(qū),距離儲罐不遠的輸送管道首站,一臺正在運轉的大排量增壓泵轟轟作響。“這是具有自主知識產權的國內首臺二氧化碳增壓泵。”叢巖介紹,“增壓泵設計壓力高達12兆帕,相當于指甲蓋大小的面積承受了120公斤的重量,確保了二氧化碳在長距離的管道內始終保持常溫液化狀態(tài)。”

2023年7月11日,我國首條百萬噸、百公里高壓常溫密相二氧化碳輸送管道正式投運,管道全長109千米,設計最大輸量可達170萬噸/年,標志著我國首次實現(xiàn)二氧化碳長距離密相管輸,對推動我國CCUS全產業(yè)鏈規(guī)模化發(fā)展具有重要意義。“這條專屬‘地鐵’每年可減少4萬輛罐車行駛損耗,節(jié)省車用天然氣約200萬立方米。”叢巖介紹。

今年6月,正理莊油田生產區(qū)已累計注入二氧化碳90萬噸,有21口油井實現(xiàn)自噴,日產原油從220噸提升至415噸。

耳畔是轟鳴的機器聲,眼前是一座座矗立的鉆塔。“一頭連著綠色低碳,一頭連著能源安全,CCUS技術大有可為。”正理莊采油管理區(qū)黨支部書記焦俊杰說。




責任編輯: 李穎

標簽:中國石化,CCUS項目