特稿丨中國首個百萬噸級CCUS誕生記

聞道可死 2022-12-17 發(fā)布于北京

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◎ 科技日報記者王延斌

寒冬時節(jié)，黃河三角洲中心城市東營。中國石化勝利油田勘探開發(fā)研究院CCUS（即二氧化碳捕集、利用與封存）重點實驗室里，該院總地質(zhì)師曹小朋正在小心翼翼地分析著30多塊小石頭。

“這些不是普通的石頭?！辈苄∨笙蛟趫龅目萍既請笥浾呓榻B，“它們大有來頭，都是從地下3000米、120℃的環(huán)境中提取出來的巖芯?！?/section>

利用這些巖芯，勝利油田的科研人員模擬地下環(huán)境，開展二氧化碳驅(qū)油封存實驗。從基礎(chǔ)研究到應(yīng)用研究，再到工程實踐，四代科研工作者接力奮斗55年，最終成就了中國首個百萬噸級CCUS。

把碳封地下，把油驅(qū)出來

在“雙碳”目標下，減少二氧化碳排放，是當務(wù)之急。而在勝利油田科研人員眼中，二氧化碳則是增產(chǎn)石油的寶貝。

開采油田的傳統(tǒng)做法，是將水注入地下，將石油驅(qū)趕上來。但隨著開發(fā)時間變長，地下的油越來越少，部分油藏含水升高，導致水驅(qū)油效率降低，采油成本也隨之升高。

用二氧化碳替代水這個想法，早在20世紀便已醞釀。但當時“把碳封地下，把油驅(qū)出來”的想法落地太難，屬于科研“無人區(qū)”。

1967年，在勝利油田勘探開發(fā)研究院（以下簡稱研究院），27歲的曹銀盛憑著石油人的踏實、激情和韌勁，義無反顧地投入到二氧化碳驅(qū)油研究。他與同事們一磚一瓦地建起了氣驅(qū)試驗室，解決了影響二氧化碳驅(qū)油效率的原油物性、壓力、溫度三大因素等一批理論問題，成為該領(lǐng)域第一代“驅(qū)油人”，奠定了二氧化碳驅(qū)油研究的基礎(chǔ)。

勝利油田科研人員正在分析頁巖巖心。勝利油田供圖

沿著“基礎(chǔ)研究取得進展，帶動應(yīng)用研究創(chuàng)新，實現(xiàn)核心技術(shù)突破”的科研鏈條，一場接力賽在研究院持續(xù)展開。進入21世紀，以張傳寶為代表的第二代“驅(qū)油人”接了棒。

張傳寶團隊利用二氧化碳進行近混相驅(qū)先導試驗，雖然證明二氧化碳驅(qū)油行之有效，但效果并不理想——原因在于地下壓力不足，導致二氧化碳未能液化。他們由此提出，將二氧化碳與原油混為一體，或許是提高驅(qū)油效果的關(guān)鍵。

但問題隨之而來：多大壓力才能讓油和氣在地下形成混相？

“接著燜！不到40兆帕堅決不開井！”

在勝利油田同類油藏的樊142區(qū)塊，科研人員死死盯住一口注入井，從2013年干到2016年，從17兆帕干到40兆帕……

“開井！”“成了！”

當黑色的液體噴薄而出、灑向天空的那一刻，第二代“驅(qū)油人”喜極而泣。

打通技術(shù)堵點，練就“獨門絕技”

當前，我國CCUS正處于工業(yè)化示范階段，部分關(guān)鍵技術(shù)較國際先進水平仍有差距。“保障能源安全是國家交給的任務(wù)，瞄準核心技術(shù)進行攻關(guān)，是我們義不容辭的責任！”作為第三代“驅(qū)油人”，中國石化勝利油田注汽技術(shù)服務(wù)中心二氧化碳項目部副經(jīng)理趙鐵軍有著滿滿的使命感。

勝利油田萊113二氧化碳注入現(xiàn)場。勝利油田供圖

2010年，趙鐵軍剛一畢業(yè)，便一頭扎進正在進行二氧化碳先導試驗的高89—1區(qū)塊。

此時，二氧化碳驅(qū)油已經(jīng)得到驗證，但如何將二氧化碳安全高效地注入地下，是讓人頭疼的“攔路虎”。

要“打虎”過關(guān)，先得有裝備。高壓精確流量計就是二氧化碳注入裝備的“眼睛”。有了它，才可能實現(xiàn)一泵對多井同時注入。趙鐵軍參照過國外計量技術(shù)路線，卻一直無法突破超高壓精確質(zhì)量計量的瓶頸。

半年時間里，趙鐵軍和同事們在現(xiàn)場測取了上萬組數(shù)據(jù)，經(jīng)過上千次反復試驗，團隊最終把當時國際在用的最高達到25兆帕的二氧化碳密度圖版，延伸到了40兆帕，再將密度圖版集成到通用體積流量計中，實現(xiàn)了液態(tài)下二氧化碳的精確質(zhì)量計量。

第三代“驅(qū)油人”在突破計量技術(shù)的基礎(chǔ)上，又創(chuàng)新研發(fā)了低溫高效密閉注入裝備，形成了具有完全自主產(chǎn)權(quán)的關(guān)鍵技術(shù)體系，破解了二氧化碳注入零排放、分壓分注、低溫計量等一系列高挑戰(zhàn)難題，打通了CCUS產(chǎn)業(yè)鏈的技術(shù)堵點，被外界稱為“獨門絕技”。

勝利油田現(xiàn)場實踐數(shù)據(jù)顯示，二氧化碳驅(qū)油效率比水驅(qū)提高40％，封存率一次可達60％—70％，最終達到100%。

既是出題者攻關(guān)者，也是應(yīng)用者引領(lǐng)者

在打造原創(chuàng)技術(shù)策源地這條路上，勝利油田同時扮演著出題者、攻關(guān)者、應(yīng)用者、引領(lǐng)者等多重角色，但扮演好每一個角色都很難。

解決了注入問題，新難題又來了：“防竄”。簡單而言，就是如何讓二氧化碳“老老實實”地待在地下。

從10分鐘到30分鐘再到60分鐘，十年時間里，二氧化碳泡沫維持時間不斷被刷新，一次封存率突破70%。隨著“防竄”技術(shù)不斷完善，勝利油田初步形成了低成本捕集技術(shù)、管道安全輸送技術(shù)等CCUS全產(chǎn)業(yè)鏈六大技術(shù)系列。

勝利油田勘探開發(fā)研究院頁巖油實驗室。勝利油田供圖

2020年，“接力棒”傳到了第四代“驅(qū)油人”鄭文寬的手中。他和同事們正在攻克的難題是：重現(xiàn)流體在地下油藏的流動過程，制定更為科學的開發(fā)方案，采出更多石油。而勝利油田也正在加快拓展二氧化碳驅(qū)油與封存技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，逐步擴大驅(qū)油與封存規(guī)模。

目前，“齊魯石化—勝利油田百萬噸級CCUS項目”已投入運行，該項目預(yù)計2025年可增油近300萬噸，每年減排二氧化碳100萬噸，相當于植樹近900萬棵。

從設(shè)想到實踐，勝利油田的四代“驅(qū)油人”接力攻關(guān)，掌握了從二氧化碳捕集、混相驅(qū)到封存等關(guān)鍵理論技術(shù)，探索出了一條獨具特色的CCUS之路。

黨的二十大報告提出，加大油氣資源勘探開發(fā)和增儲上產(chǎn)力度，加快規(guī)劃建設(shè)新型能源體系?！安徽搶Νh(huán)保界還是對能源界來說，這都是一件大事！”勝利石油管理局有限公司執(zhí)行董事、黨委書記，勝利油田分公司代表牛栓文說，“發(fā)展CCUS，就是要蹚出增油固碳產(chǎn)業(yè)化發(fā)展新路子，促進區(qū)域經(jīng)濟社會發(fā)展和黃河流域的生態(tài)保護，扛起生態(tài)文明綠色低碳發(fā)展的央企擔當！”

來源：科技日報