“雙碳”目標下CCUS技術與CO2驅油技術間關聯和展望

姚明偉

(吐哈油田吐魯番采油管理區，新疆 吐魯番 838000)

2020年9月22日，國家主席習近平在第七十五屆聯合國大會一般性辯論上提出，中國將提高國家自主貢獻力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現碳中和[1]?！半p碳”目標是2015年《巴黎協定》通過后中國對應對全球變暖、降低溫室氣體排放所做的大國承諾，即力求在“十四五”期間實現單位國內生產總值能耗降低13.5%，二氧化碳排放降低18%。油氣行業，作為化石能源最主要的生產行業，在原油勘探開發過程中也會產生大量的能量損耗，帶來能源的逸散和排放。主要體現在兩個方面：一方面是生產設備的運行需要能量。這些轉化的機械能都是能源的燃燒帶來的，若設備運行效率低，無效功多，則會帶來更多的能量損耗以及溫室氣體的排放；另一方面體現在原油勘探開發過程中會由于工藝、設備等不足帶來的能源逸散，或者是采出的油氣的泄露，以及伴生氣、火炬氣的排放等，都會增加溫室氣體的排放。

針對上述油氣行業存在的能源消耗和溫室氣體排放問題，國內三大石油相繼開展了針對各個環節的節能提效技術研究和應用。CO2捕集、利用與封存技術(CCUS)，是中國實現“雙碳”目標從根源實現負碳排放的一種;是除森林碳匯外最有效的方式之一，也是自2015年《巴黎協定》通過以來，國際能源署(IEA)、政府間氣候變化專門委員會(IPCC)等可靠機構認為的一種去除大氣中二氧化碳，減少能源密集型行業和發電企業CO2排放的關鍵技術。將CO2注入地層進行封存和利用是目前石油行業CO2驅油技術與CCUS技術關聯性最為密切的一項技術，也是能夠實現CO2有效利用的一種方式。本文從“雙碳”目標實現的角度，分析CCUS技術與CO2驅油技術之間的關系和區別及其發展前景。

1 化石能源提高采收率及綠色高效開發利用技術

面對當前全球緊張的能源形勢，能源發展與技術創新是國家發展的戰略，是保障能源安全、促進能源轉型、引領能源革命和支撐“碳達峰、碳中和”目標等的需求，也是堅持能源科技創新、補強能源技術裝備短板、引領低碳清潔能源發展的需要。綠色高效化石能源開發利用技術是《“十四五”能源領域科技創新規劃》的重要任務，是增強油氣安全的保障，是大于油氣勘探開發的有效支撐。提升低滲透老油田、高含水油田以及深層油氣等陸上常規油氣的采收率和儲量動用率重點是不斷提高油氣安全保障供應技術，重點要開展低滲透老油田大幅提高采收率技術[2]。

隨著我國常規中高滲油藏開發進入中后期，低滲透、致密油氣的開采對低滲透老油田、致密油氣藏的資源儲量占比也開始突顯出來。目前中國仍有70%左右的低滲透致密油氣探明儲量需要開發，在油氣開發中的主體地位更加重要。低滲透、致密油氣之所以難開發、采收率低是因為該類儲層孔隙度低、滲透率小、孔喉細小、可動流體飽和度低，使得常規增產措施和提高采收率技術難以達到預期效果，水驅往往存在注不進、采不出，以及高壓欠注等問題。針對該類油田，采用易注入、地層內易流動、分子量小、易驅動的驅油介質是提高采收率的最有效措施。納米驅油技術和CO2驅油技術是當前最具潛力和規模的針對低滲、致密油藏的提高采收率的技術。納米驅油技術主要是通過納米級流體作為驅油劑，增加在致密儲層內的滲透和驅油作用。納米驅油具有尺寸小、滲透和擴散能力強，表面活性高、潤濕性強、降黏等特征，目前第一代納米驅油技術已經取得了一定的進展?！笆奈濉钡闹攸c工作需要進一步完善納米驅油開發理論，研發表征評價技術裝備，發展第二代納米驅油技術。CO2驅油技術是目前被公認的最具發展前景的提高石油采收率的技術和方法，主要是利用CO2易達到臨界狀態，且超臨界CO2具有易注入、易混相的優勢，對低滲、致密油藏內的原油具有增能、降黏、傳質等有益于驅替的作用。目前中國三大石油公司都針對CO2驅油技術進行了多次的現場試驗和研究，明確了CO2驅油技術具有提高采收率和實現埋存的作用，對化石能源增能提效以及“雙碳”目標下綠色低碳的可持續發展都有積極的促進作用。但目前CO2驅油技術的驅油機理還有待進行進一步的深入研究，同時，如何降低注入成本，實現CO2的有效埋存都有待進一步的解決。

2 “雙碳”目標下CO2捕集、利用、封存技術

2.1 CCUS技術即CO2捕集、利用與封存技術

CCUS技術是碳捕集、利用與封存技術，可以實現碳減排和碳移除的雙重作用，是中國實現“雙碳”目標從根源實現負碳排放的一種最有效的方式[3]，也是自2015年《巴黎協定》通過以來，國際能源署(IEA)、政府間氣候變化專門委員會(IPCC)等可靠機構的認為的一種去除大氣中二氧化碳，減少能源密集型行業和發電企業CO2排放的關鍵技術。是在CCS技術的基礎上，適合中國國情的一項實現“雙碳”目標的高效、潛能技術。其中，CO2捕集技術基本已經涵蓋了碳排放源的絕大部分類型，主要通過新建發電廠燃燒前碳脫除等技術將燃料中的碳脫除，實現燃燒前碳捕集；或者對發電廠、化工廠等燃燒后產生的二氧化碳進行分離、煙氣再循環等方法進行燃燒后捕集或富氧燃燒手段進行碳捕集。在利用和封存方面，涉及地質、化工、生物等領域，且與所在領域較為成熟的技術相結合，增加了其應用深度和廣度。其中，最被認可且與油氣行業最息息相關的CO2封存和利用技術當屬CO2驅油技術，因其即可實現驅油以提高采收率，又可實現碳封存，備受油氣行業青睞和推崇。

目前，CCUS技術在我國擁有巨大的應用市場和發展前景，在提高采收率方面約有130億t原油地質儲量適用于提高采收率技術，在實現碳封存的同時也會為油氣行業提高采收率帶來巨大的收益。雖然CCUS技術未來會形成完整的技術體系和產業的集群化，但目前在國內仍存在諸多困難和挑戰去不斷的攻克。

2.2 CO2利用與封存——CO2驅油提高采收率

CO2驅油技術屬于提高采收率技術中注氣驅油技術中的一種類型，同時也是CCUS技術中實現CO2利用和封存的一種可用于油氣行業的最具發展前景的更細致、專業化更強的分支技術。是充分考慮CO2的物性特征：CO2易達到臨界溫度和壓力，且在超臨界狀態下性質會產生變化，呈現出密度接近于液體，黏度接近于氣體的一種特性[4]，使得該超臨界狀態下的CO2擴散系數大，溶解能力強；二是充分應用CO2與原油之間相互作用關系：CO2在原油中具有較強的溶解能力，能夠降低原油的密度，降低油水界面張力，改變儲層潤濕性。此外，還考慮CO2在不同的溫度、壓力、滲透率條件下，所處形態各不相同，且與不同黏度、不同密度的原油的混合程度、溶解程度也會有所差異。對CO2驅油技術在上述三方面進行驅油原理的應用與研究，國外早在20世紀50年代就已經開始了相關研究，目前在國際上已經是一項相對成熟的技術。美國是世界上使用CO2驅油技術最多國家，據統計，2014年美國CO2驅油項目就已經其注氣驅項目的78.2%[5]。我國CO2驅油技術起步相對較晚，目前雖然與國外同類技術還存在一定差距，但發展迅速，室內實驗和現場試驗都已取得一定成果和進展。

目前CO2驅油技術也存在一定問題和技術難點：

①CO2捕集問題。無論是CO2是天然儲藏捕獲還是人工捕獲，我國目前存在CO2起源規模小，人工捕獲存在捕獲成本高的問題。②CO2注入和埋存問題。由于CO2易溶于水，流動性強，對低滲油藏、致密油藏有有效驅油作用，但同時也會對非均質性強的儲層帶來氣竄問題，會給高含水油田造成井筒或者近井地層結垢等問題。③在埋存方面，據統計，用于CO2驅油技術的CO2大約有40%用于循環使用，有60%的被埋存于地下。其中，被循環使用的CO2會由于驅油過程中發生組分變化，隨著原油的采出，發生組分變化的CO2會被回收、處理，達到回注標準后被再次回注到地層進行循環使用；但對于埋存的CO2,能否實現永久的埋存，需要對埋存技術和監測技術等做進一步的攻關和研究，確定CO2的封存量、存留時間，確保監測的精度以及可靠性、確保無泄露風險等，實現長效埋存。

2.3 CCUS技術與CO2驅油技術的關聯

CCUS技術出發點是針對環境氣候問題而提出來的一項可以實現凈零排放的減排和碳移除技術。其中，CCUS的利用與封存作為該技術的最重要環節和最終階段，主要是通過利用CO2的物理、化學或者生物作用，將 CO2在地質領域進行利用，如石油開采時提高采收率，用于天然氣、煤層氣、頁巖氣等開采；將CO2在化工領域進行利用，如重整制備合成氣、合成甲醇、可降解聚合物等。將CO2在生物領域進行應用，諸如轉化為食品和飼料、生物肥料、化學品等。對于CO2的地質封存可通過化學吸收和物理吸收的方法實現。CO2驅油技術是針對油氣行業提高原油采收率而提出的一種氣驅技術，該技術開始大規模工業應用的時間早于CCUS概念提出的時間。CO2驅油提高原油采收率技術是目前CCUS技術最受矚目、最具發展潛能的方向，可實現利用與封存雙重作用。目前，利用CO2驅油已經取得了一定成果，但在地質利用方面依舊相對薄弱，且在埋存方面對于埋存環境的密閉性要求高，防泄漏以及監測技術尚未成熟，埋存技術尚需不斷探索和研究。

3 展望與建議

CCUS技術在未來發展中將從捕集、利用、封存的各個環節呈現出產業鏈條化的新業態形勢，CO2驅油技術因兼顧驅油提采和封存的雙重作用，在經濟和環境效益方便表現突出，成為CCUS的主要技術發展方向，因此，攻克CO2驅油技術的瓶頸問題，將會對化石能源增儲上產和綠色發展、節能低碳創造巨大價值。

在進行CO2埋存選井過程中，可以選擇CO2驅油的老井或即將報廢的井，一方面可以提高老井的采收率，驅出剩余油，另一方面增加對CO2驅油效果的效果監測以及對注入的CO2的留存時間進行監測；在老井或者即將報廢井產油價值不高時，轉為CCUS技術作業的優選埋存地層和井位，在之前CO2驅油作業的基礎上，將更多的地面注入設備應用于CCUS技術的CO2埋存作業環節，一方面節約了設備移動的開支和成本，另一方面也對已經注入的部分存留的CO2進行了進一步的埋存。