二氧化碳捕集利用與封存 (CCUS)是指將二氧化碳從工業(yè)過程、能源利用或大氣中分離出來，直接加以利用或注入地層，以實現(xiàn)二氧化碳永久減排的過程。加快推進CCUS技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，是我國實現(xiàn)“雙碳”目標的現(xiàn)實需要，也是構(gòu)建生態(tài)文明的重要路徑。今起，本報推出“碳捕手成長記”專欄，聚焦我國CCUS示范項目與技術(shù)突破，講述我國如何通過CCUS實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，并為全球氣候治理作出貢獻。
深圳西南約200公里，南海東部海域，碧海藍天之間，一抹明艷的黃色分外顯眼。從空中俯瞰，矗立于此的恩平15-1平臺像一個“巨無霸”，與海浪波濤進行著“搏擊”。
這是亞洲最大的海上原油生產(chǎn)平臺，擁有我國首個海上二氧化碳封存示范工程項目。
近日，隨著高碳原油生產(chǎn)井、生產(chǎn)處理系統(tǒng)、二氧化碳壓縮機及分子篩脫水橇等設(shè)備依次啟動，油田開發(fā)伴生的二氧化碳被捕獲、分離、加壓至氣液混合的超臨界狀態(tài)，并通過一口回注井被注入海底地層深處，實現(xiàn)穩(wěn)定封存。
這標志著我國首個海上二氧化碳封存示范工程投用，也意味著我國已擁有海上二氧化碳捕集、處理、注入、封存和監(jiān)測的全套技術(shù)和裝備體系。我國海上二氧化碳封存技術(shù)的空白由此得到填補。
給二氧化碳找個“新家”
“恩平15-1油田是我國南海首個高含二氧化碳油田，其二氧化碳含量高達95%，預(yù)計累產(chǎn)氣約8.3億方。”作為恩平油田的主要勘探者，中國海洋石油集團有限公司副總地質(zhì)師兼研究總院董事長、總經(jīng)理米立軍告訴科技日報記者，2016年油田被成功發(fā)現(xiàn)時，二氧化碳含量的濃度震驚了所有人。
在海洋油氣鉆探開發(fā)過程中，通常會有一些伴生氣，二氧化碳便是伴生氣的重要組分之一。常規(guī)海洋油氣資源開發(fā)時，伴生氣中二氧化碳的含量在20%—30%。恩平15-1油田尤為特別，因為特殊的地殼條件，油藏上部有一個氣頂，且二氧化碳含量極高，在原油開采過程中，如果不加干預(yù)，這些二氧化碳就會“逃”出地層。
米立軍告訴科技日報記者，據(jù)測算，恩平15-1油田一共會產(chǎn)生約150萬噸二氧化碳。若按照傳統(tǒng)方式進行開發(fā)，二氧化碳將隨原油一起被采出地面，不僅對海上平臺設(shè)施和海底管線等造成腐蝕，還將增加我國二氧化碳排放量。
在“雙碳”背景下，技術(shù)團隊希望將這些“逃”出來的二氧化碳捕集起來，并通過一系列技術(shù)手段，重新回注到海底地層深處，實現(xiàn)永久封存。
要實現(xiàn)這一目標，首先要做的是給二氧化碳找一個合適的“家”。米立軍表示，在距離恩平15-1平臺約3公里外、海床800米之下的巖層中，技術(shù)人員找到一個“穹頂”式地質(zhì)構(gòu)造。該種地質(zhì)構(gòu)造仿佛一個倒扣在地底下的“巨碗”，不僅存儲量大，而且自然封閉性強，能夠長期穩(wěn)定地罩住二氧化碳。
找到合適的二氧化碳“安家”之地，還需要建設(shè)一條通往海底“巨碗”的路——回注井，以此連通地上與地下。而且，“逃”出來的二氧化碳并不會從伴生氣中自動分離，需要人為進行捕集、分離、脫水、加壓等一系列工序處理。
“當二氧化碳被加壓到11兆帕時——相當于指甲蓋上壓了一個110公斤的重物，二氧化碳恰好處于超臨界狀態(tài)?！泵琢④姼嬖V科技日報記者，此時的二氧化碳是氣液混合態(tài)。將超臨界狀態(tài)下的二氧化碳注入海底，整個過程只需要20分鐘左右。
貫通二氧化碳的“回家”通道
在恩平15-1平臺的尾部甲板，我國首個海上二氧化碳封存示范工程的封存模塊靜置于此。這是一個重約750噸的大裝置，分子篩、冷卻器、壓縮機，以及層層疊疊的各路管道，在有限的空間里有序排布。
“技術(shù)團隊研制了首套復(fù)合材料二氧化碳分子篩脫水橇、適用于海洋高濕高鹽環(huán)境的首套超臨界大分子壓縮機、用于防止二氧化碳腐蝕的低密度固井水泥漿……”談起海上二氧化碳封存項目的工程技術(shù)創(chuàng)新，米立軍如數(shù)家珍。他告訴記者，為了將二氧化碳安全長效地回注、封存，科研團隊攻克了諸多難題。
首先是超遠距離回注井的“貫通”。二氧化碳的目的地——海底“巨碗”在海床下800米，但距離平臺卻有3公里遠，水垂比大。這意味著，每向下增加1米的深度，水平方向就要前進3米以上。與此同時，途經(jīng)區(qū)域地層又很“軟”，“嬌氣”得像豆腐塊一樣，容易破裂，無法為鉆具提供有效支撐。鉆具在地層中掘進，完全“水土不服”。
為此，項目工程從常規(guī)鉆井的三分段優(yōu)化為四分段，采用4種不同尺寸的鉆頭，縮短每段管柱前進的距離。同時，還創(chuàng)新采用低溫流變性穩(wěn)定鉆井液，有效支撐井壁、潤滑井眼，讓鉆進之路暢通無阻。
除此之外，抵抗二氧化碳的“腐蝕”是回注井必須攻克的難題。當二氧化碳遇水，會產(chǎn)生碳酸，對回注“通道”的鋼材和水泥產(chǎn)生嚴重腐蝕?！巴ǖ馈币坏┦艿狡茐?，就有泄漏二氧化碳的風險。
“技術(shù)團隊在室內(nèi)開展實驗研究，發(fā)現(xiàn)在管材中加入微量元素鉻(Cr)，管材的防腐能力可得到很大提升，而且防腐固井水泥漿的成功研制，能很好防止二氧化碳的腐蝕?！泵琢④姼嬖V記者，這些技術(shù)成果確保回注井在長達幾十年的注入期內(nèi)擁有“金剛不壞之身”。
為千萬噸級海上碳封存“探路”
恩平15-1平臺海上二氧化碳封存項目，在高峰期時，一年可封存二氧化碳30萬噸。米立軍表示，平臺全開采周期所產(chǎn)生的150萬噸二氧化碳，絕大部分將注入海底“巨碗”，深“埋”其中，其減碳規(guī)模相當于植樹近1400萬棵，或停駛近100萬輛轎車。但是，這樣的減碳規(guī)模在全國的二氧化碳捕集、利用與封存領(lǐng)域并不突出，為何要布局建造?米立軍一言以蔽之，“這一項目的主要作用是應(yīng)用示范。”
他表示，恩平15-1平臺的二氧化碳封存項目就像一塊試驗田，它的成功投用，不僅實現(xiàn)了我國海上二氧化碳封存領(lǐng)域從無到有的重要突破，也為后續(xù)工作提供了思路，奠定了未來“岸碳入?！钡募夹g(shù)支撐和現(xiàn)實條件。
在我國，與恩平15-1油田相似的海域沉積盆地分布廣、地層厚度大、圈閉多，具備二氧化碳封存的良好地質(zhì)條件。今年1月份，自然資源部首次發(fā)布海上二氧化碳地質(zhì)封存潛力評價結(jié)果，預(yù)測封存量達2.58萬億噸，約是2022年我國二氧化碳排放總量的200倍以上。
而且，中國海洋石油集團有限公司已經(jīng)在廣東惠州啟動我國首個千萬噸級碳捕集、利用與封存集群項目，未來將捕集大亞灣地區(qū)排放的二氧化碳，通過管道、船舶等方式輸送到海上進行封存。米立軍告訴科技日報記者，與陸地相比，海域封存的安全與經(jīng)濟優(yōu)勢非常明顯。萬一海上封存突發(fā)泄漏，憑借海水阻隔，二氧化碳首先會被大量海水稀釋、溶解，即便有少量進入大氣，也會在海風作用下快速消散，不會危及人類安全。
更為關(guān)鍵的是，我國東部沿海地區(qū)是二氧化碳排放大戶。海洋封存成為解決東部沿海地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展與實現(xiàn)碳減排目標矛盾的必然選擇。
“恩平15-1平臺封存1噸二氧化碳的成本大約600元，與國際700元的碳價相比仍具有價格優(yōu)勢。”米立軍直言，當前我國還沒有相關(guān)碳稅政策和清晰的商業(yè)模式，如果國家相關(guān)政策可以加速跟上，在技術(shù)進步和降本增效的加持下，海上二氧化碳封存的前景將十分可觀。
