海上油氣田溫室氣體排放管理措施及技術應用

張艷華 孫鑫 馬長

（1.中海石油（中國）有限公司湛江分公司；2.大慶石油管理局有限公司技術監督中心；3.中國石油大慶煉化公司電儀運行中心）

目前，國內海上油氣田主要分布在渤海、東海以及南海；自2010年起，國內海域油氣總產量超過5 000×104t，受老油氣田含水率不斷上升、新油氣田陸續投產帶來用能增加以及海上伴生氣管網不完善導致伴生氣短期無法完全回收等因素影響，海上油氣田溫室氣體排放規模呈現不斷上漲的發展趨勢，主要排放源為化石燃料燃燒排放和伴生氣火炬燃燒排放；在國家“雙碳”目標背景下[1-6]，需要根據國家低碳政策并結合企業發開發生產特點開展針對性溫室氣體排放治理。

1 海上油氣田溫室氣體排放數據分析

海上油氣田生產石油和天然氣的過程主要包括全海式生產和半海半陸式生產[7]。以全海式生產為例，其能源消耗主要包括天然氣、原油、柴油等化石能源，用于發電機組、加熱爐、柴油吊機以及柴油消防泵等設備使用，此部分化石能源消耗產生的溫室氣體排放為海上油氣田主要碳排放源；除此以外，常規海上油氣田由于天然氣管網不夠完善，生產過程中存在原油伴生氣火炬燃燒排放及工藝放空與設施逃逸排放。

在海上油氣處理平臺上，利用電潛泵（多級離心泵）將地下原油通過井下管柱舉升到井口，匯入生產管匯，經混輸管線輸送到海上中心處理平臺或者浮式生產儲卸油裝置，在三相分離器中進行油、氣、水分離并進一步精細處理后，合格原油進入貨油艙儲存或輸送到陸岸終端外輸。分離出的伴生氣送入氣處理系統，供生產設施中的各類燃氣用戶使用，分離出的生產水送入水處理系統，最終排海或回注地層。

海上油氣處理過程中使用化石燃料的重點耗能設備主要有發電機、鍋爐、加熱爐、電潛泵、外輸泵等；溫室氣體排放點主要有高壓火炬分離器、高壓燃料分離器、低壓燃料分離器，多余的伴生氣經過火炬分液罐進入火炬燃燒放空。

通過對典型海上油氣田開展溫室氣體排放量核算發現，其各類排放源中化石燃料燃燒排放占比最大，其次是火炬燃燒排放和工藝放空與設施逃逸排放；排放量占比分別為74.9%、24.3%以及0.8%，詳見圖1。

圖1 溫室氣體排放占比Fig.1 Proportion of greenhouse gas emissions

2 海上油氣田溫室氣體治理措施

通過對典型海上油氣田的溫室氣體排放數據組成可知，99%的碳排放來自于化石燃料燃燒和伴生氣火炬燃燒，因此，減少海上油氣田溫室氣體排放的關鍵在于通過管理措施和技術手段有效控制化石燃料使用和減少火炬放空。

2.1 管理措施

溫室氣體治理是一項綜合復雜的工作，需要企業積極探索管理創新，建立有一套科學嚴謹的現代化管理體系制度，中國海油的管理創新舉措主要表現為：

1）建立低碳管理體系。海上油氣田生產企業設立低碳管理部門，建立相應的低碳發展管理制度體系，支持碳管理工作。負責貫徹落實企業和國家有關主管部門工作部署，對企業低碳工作進行統籌、組織、監督、檢查及考核。

2）設立低碳管理崗位。健全企業低碳管理專職崗位，明確了低碳管理崗位人員工作職責與管理內容，主要包括編制碳排放管理制度與技術標準，開展碳排放數據記錄、統計與分析，實施碳配額交易、推動節能低碳標準化，組織技術培訓等工作。同時企業從海上員工選出一批年輕能干的優秀員工擔任節能低碳監督員，全過程參與節能低碳工作，成為機關和生產一線承上啟下的紐帶作用，確保各項工作要求扎實落地。

3）強化低碳監測挖潛。建立企業碳排放數據監測計劃，依托配備完善和定期校準的計量器具，定期開展碳排放數據統計核算、低碳審計、碳盤查、碳足跡等工作，確保碳排數據科學合理和準確全面，為溫室氣體治理奠定了堅實基礎，提供了重要決策依據。同時中國海油推出了節能低碳IC卡制度，調動全體員工的智慧為節能減碳獻言獻策，發揮了重要作用。

4）建立碳排放信息化管理平臺。企業建設了能耗在線監測和碳排放信息化管理平臺，對企業碳排情況及時進行系統統計分析、對標預警，實現油氣生產過程節能減碳信息化、數字化、智能化運作，為企業運行優化、節能降耗提供更多支撐。

5）做好降碳源頭控制。中國海油推行開發生產一體化運作模式，制定了油氣開發項目節能低碳技術標準，率先對油氣開發項目開展碳排放影響第三方評價，對擬建項目提出了明確減碳措施，工作節能低碳人員提前參與項目的前期研究，在方案制定的過程充分融入節能減碳的要求，實現溫室氣體的源頭控制。

2.2 技術措施

海上油氣田開發過程中產生的溫室氣體主要來源于化石燃料燃燒和伴生氣火炬燃燒，針對這一特點，中國海油重點從提高用能效率減碳、加大海上油田伴生氣回收利用以及開發新能源、岸電推動用轉型、二氧化碳綜合利用四個方面技術措施來控制溫室氣體排放。

1）提高用能效率。海上油氣田的化石燃料燃燒主要用于平臺電站發電使用，是最為主要的溫室氣體排放源，但海上油氣開發用電模式不同陸地，海上各平臺之間距離較遠，一般采取各平臺通過燃燒自產原油或天然氣進行發電，以供給生產設施使用，基本處于孤網運行狀態，發電單元負荷率普遍較低；通過將各油氣田發電單元進行連接，使獨立的小電網組合成規模較大的大電網，實現電力互補，提高機組負荷率與發電效率，有效降低油氣生產過程中的能耗和碳排放量。電力組網是中國海油海上油氣田開發過程中提高用能效率的關鍵技術，已經在南海北部灣、珠江口、渤海等區域進行實踐應用，據統計，并網后電網效率將提升15%以上。

2）加大海上油田伴生氣回收利用。由于大多數海上油氣田天然氣管網不夠完善，存在多余伴生氣火炬燃燒放空，加大火炬氣回收利用是海上油氣田減少溫室氣體的有一重要舉措。面對“雙碳”形勢，中國海油針對火炬氣采取“應收盡收”原則，通過加壓外輸、注氣驅油、回注地層、氣舉采油、液化回收（含LPG等）、離子點火等措施，全力推動火炬氣綜合利用，最大程度控制火炬氣帶來的溫室氣體排放。某海上油田生產過程中存在火炬放空排放，為降低天然氣放空量，該油田針對火炬放空低壓氣實施回收改造項目，措施后，火炬氣日均放空量減少80.28%，年均天然氣回收量約360×104m3，溫室氣體減排量達9 000 t。北部灣某油氣存在大量伴生氣火炬燃燒，實施火炬氣回收項目，每年將超過1.5 m3的火炬氣轉化為商品氣，年減少溫室氣體排放26×104t。海上伴生氣回收利用具有較好的溫室氣體減排效果，可以作為海上油田有效降低溫室氣體排放量、提高能源利用率的重要措施。

3）推動油氣開發用能轉型。中國海油一方面在積極探索新能源的開發利用，另一方面，在大力推動海上油氣用電采用陸地電網，以此來推動用能轉型，逐步減少對傳統化石能源的使用，從而實現減少溫室氣體。

新能源方面，中國海油在積極推動海上風電和光伏發電，為海上油氣提供綠色動能[8]。在陸岸終端，充分利用現有空間光伏發電，如2022年初在南海某終端建成4.5 MW的光伏發電，年發電超過500×104kWh，年減少溫室氣體排放超過3 400×104t。在海上，中國海油積極探索海上風電，2022年海上建設首個漂浮遠海風電，裝機規模超過7 MW，項目實施年發電超過2 000×104kWh，減少溫室氣體排放超過3.7 t。

岸電方面，由于陸地電網項目明顯高于海上區域電網，岸電也可以為海上油氣田應用光伏、風能等可再生能源接入提供穩定基礎設施，逐步減少對化石能源的依賴[9]。海上油氣田的電力來源除了自發以外，還可以利用岸電，通過鋪設一條陸地開關站至海上平臺的電纜，實現陸上電網電力供應海上油氣生產設施使用。目前，全國電網平均排放因子相對海上發電設施碳排放強度低了20%～60%，項目改造后，可以大幅降低溫室氣體排放量。中國海油已在渤海海域進行岸電示范，取得了良好效益。

4）海上二氧化碳綜合利用。二氧化碳是一種有效的驅油劑，具有較強的擴散和吸附能力特性，采用二氧化碳進行驅油時，可以降低原油粘度、改變原油密度、降低界面張力，有效改善油藏性質、增加流體流動性，利用原油的高效開采，可提高油氣采收率8%～16%左右，尤其對于低滲透油藏和接近經濟極限油藏等典型區域，在綜合考慮油藏特點、生產狀態以及源匯匹配等因素后，開展二氧化碳驅油，以提高采收率[10]，對用推動低滲低效油氣田經濟開發意義重大。中國海油正在南海某油田開展海上CCUS示范，項目實施后每年減少溫室氣體排放超過10×104t。

3 結論

綜上所述，中國海油一方面通過建立健全管理制度體系、創新節能減碳管理，充分發揮全員智慧積極參與節能減碳挖潛，加強溫室氣體排放數據統計分析、監測跟蹤和對標預警，實現節能低碳全過程精細管理，另一方面，中國海油積極采取節能降碳措施，通過能效提升、火炬氣回收利用、岸電用能轉型以及二氧化碳綜合利用等技術手段大幅降海上油氣開發過程中的溫室氣體排放，為企業實現“雙碳”目標奠定了堅實基礎，也為能源企業低碳發展提供了有益的借鑒。