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【科苑一線】中國首個百萬噸級CCUS誕生記

作者:山東省科協

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

“這些不是普通的石頭。”曹小朋向在場的科技日報記者介紹,“它們大有來頭,都是從地下3000米、120℃的環境中提取出來的岩芯。”

利用這些岩芯,勝利油田的科研人員模拟地下環境,開展二氧化碳驅油封存實驗。從基礎研究到應用研究,再到工程實踐,四代科研工作者接力奮鬥55年,最終成就了中國首個百萬噸級CCUS。

把碳封地下,把油驅出來

在“雙碳”目标下,減少二氧化碳排放,是當務之急。而在勝利油田科研人員眼中,二氧化碳則是增産石油的寶貝。

開采油田的傳統做法,是将水注入地下,将石油驅趕上來。但随着開發時間變長,地下的油越來越少,部分油藏含水升高,導緻水驅油效率降低,采油成本也随之升高。

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,把油驅出來”的想法落地太難,屬于科研“無人區”。

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

【科苑一線】中國首個百萬噸級CCUS誕生記

勝利油田科研人員正在分析頁岩岩心。勝利油田供圖

沿着“基礎研究取得進展,帶動應用研究創新,實作核心技術突破”的科研鍊條,一場接力賽在研究院持續展開。進入21世紀,以張傳寶為代表的第二代“驅油人”接了棒。

張傳寶團隊利用二氧化碳進行近混相驅先導試驗,雖然證明二氧化碳驅油行之有效,但效果并不理想——原因在于地下壓力不足,導緻二氧化碳未能液化。他們由此提出,将二氧化碳與原油混為一體,或許是提高驅油效果的關鍵。

但問題随之而來:多大壓力才能讓油和氣在地下形成混相?

“接着焖!不到40兆帕堅決不開井!”

在勝利油田同類油藏的樊142區塊,科研人員死死盯住一口注入井,從2013年幹到2016年,從17兆帕幹到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“驅油人”喜極而泣。

打通技術堵點,練就“獨門絕技”

目前,大陸CCUS正處于工業化示範階段,部分關鍵技術較國際先進水準仍有差距。“保障能源安全是國家交給的任務,瞄準核心技術進行攻關,是我們義不容辭的責任!”作為第三代“驅油人”,中國石化勝利油田注汽技術服務中心二氧化碳項目部副經理趙鐵軍有着滿滿的使命感。

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勝利油田萊113二氧化碳注入現場。勝利油田供圖

2010年,趙鐵軍剛一畢業,便一頭紮進正在進行二氧化碳先導試驗的高89—1區塊。

此時,二氧化碳驅油已經得到驗證,但如何将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,先得有裝備。高壓精确流量計就是二氧化碳注入裝備的“眼睛”。有了它,才可能實作一泵對多井同時注入。趙鐵軍參照過國外計量技術路線,卻一直無法突破超高壓精确品質計量的瓶頸。

半年時間裡,趙鐵軍和同僚們在現場測取了上萬組資料,經過上千次反複試驗,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,再将密度圖版內建到通用體積流量計中,實作了液态下二氧化碳的精确品質計量。

第三代“驅油人”在突破計量技術的基礎上,又創新研發了低溫高效密閉注入裝備,形成了具有完全自主産權的關鍵技術體系,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難題,打通了CCUS産業鍊的技術堵點,被外界稱為“獨門絕技”。

勝利油田現場實踐資料顯示,二氧化碳驅油效率比水驅提高40%,封存率一次可達60%—70%,最終達到100%。

既是出題者攻關者,也是應用者引領者

在打造原創技術策源地這條路上,勝利油田同時扮演着出題者、攻關者、應用者、引領者等多重角色,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,十年時間裡,二氧化碳泡沫維持時間不斷被重新整理,一次封存率突破70%。随着“防竄”技術不斷完善,勝利油田初步形成了低成本捕集技術、管道安全輸送技術等CCUS全産業鍊六大技術系列。

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勝利油田勘探開發研究院頁岩油實驗室。勝利油田供圖

2020年,“接力棒”傳到了第四代“驅油人”鄭文寬的手中。他和同僚們正在攻克的難題是:重制流體在地下油藏的流動過程,制定更為科學的開發方案,采出更多石油。而勝利油田也正在加快拓展二氧化碳驅油與封存技術應用領域,逐漸擴大驅油與封存規模。

“齊魯石化—勝利油田百萬噸級CCUS項目”已投入運作,該項目預計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。

從設想到實踐,勝利油田的四代“驅油人”接力攻關,掌握了從二氧化碳捕集、混相驅到封存等關鍵理論技術,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和增儲上産力度,加快規劃建設新型能源體系。“不論對環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行董事、黨委書記,勝利油田分公司代表牛栓文說,“發展CCUS,就是要蹚出增油固碳産業化發展新路子,促進區域經濟社會發展和黃河流域的生态保護,扛起生态文明綠色低碳發展的央企擔當!”

來源:科技日報

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