让二氧化碳当上“采油工”——记科技进步一等奖亿方级碳埋存与大幅度提高采收率CCUS关键技术

  [中国石化新闻网2023-03-03]在全球聚焦绿色可持续发展的背景下，碳捕集、利用与封存(CCUS)被认为是实现大规模温室气体减排的重要技术手段。中国石油天然气股份有限公司吉林油田分公司的“亿方级碳埋存与大幅度提高采收率CCUS关键技术及工业化应用”，实现了将二氧化碳“藏起来”的同时“用起来”，使温室气体成为油藏开发的“采油工”。目前，吉林油田已应用该技术建成了亚洲最大的二氧化碳捕集埋存与提高采收率(CCUS-EOR)示范项目，相关科技成果也获得2022年度中国石油和化学工业联合会科技进步一等奖。
  “我们研发的二氧化碳捕集埋存与提高采收率技术，在助力碳中和的同时，对保障国家能源安全起到了重要的支撑作用。”据吉林油田二氧化碳捕集埋存与提高采收率开发公司总工程师张德平介绍，经过在大情字井油田的矿场试验证实，该技术能够提高原油采收率25个百分点，相当于新发现一个同等规模的油田。同时，应用该技术建成的吉林油田示范工程已累计封存二氧化碳超10亿立方米，相当于植树1800万棵左右。
  据了解，我国以陆相沉积油藏为主，储层渗透率低，常规注水采油方式难以把油从孔隙中“推”出来，导致采收率有限。而二氧化碳与原油有很好的互溶性，在一定压力下与原油互溶能显著降低原油黏度，改善原油与地层水的流度比。同时，二氧化碳还可与原油混相形成油带，增强原油在地层中的流动性，大幅提高低渗、特低渗透油藏的采收率。采用二氧化碳驱油的方式不仅能够延长油田采出寿命，还能实现二氧化碳的地质封存，实现资源开发和环境保护的双赢。
  然而，CCUS-EOR技术的应用有许多难题需要面对，首先要解决的“拦路虎”就是高压二氧化碳造成的强腐蚀问题。
  “低渗油藏有个大特点，就是单井产量较低，防腐必须考虑成本和效益的平衡。”张德平说，因为吉林油田“家资单薄”，像国外那样直接使用不锈钢管材防腐“肯定要亏”。因此，项目组在研发伊始就将低成本二氧化碳防腐技术作为项目研究重点之一，最终提出了“以缓蚀剂防腐为主，关键部位采用高等级防腐材料”的低成本综合防腐技术路线，并配套形成了系列二氧化碳腐蚀评价方法、针对性的缓蚀剂体系、相应的采油工艺及腐蚀监测技术。“这种综合防腐路线在实际应用中也卓有成效，能够将腐蚀速率控制在每年0.076毫米以下，油井的免修期也能延长到1000天左右，整体防腐效果非常好。”张德平说。
  此外，在二氧化碳驱油的过程中，会有约20%的二氧化碳从地层中逃逸，随原油回到地面。项目组首创了二氧化碳循环注入技术及相应的埋存监测技术，能够第一时间发现“越狱”的二氧化碳，并且将其重新捕集注回地层，实现了二氧化碳效益减排“零排放”。
  张德平所在的研究团队从零起步，不断攻关CCUS-EOR技术，先后形成了基于陆相沉积低渗透油藏的二氧化碳埋存与驱油一体化理论、基于二氧化碳埋存的大幅度提高采收率设计优化与评价方法、具有自主知识产权的二氧化碳“捕集、输送、注入、压裂、采出”全流程关键核心技术、基于全生命周期的二氧化碳规模埋存工业化应用“四控”模式等多项创新成果。2022年5月，该技术成果通过石化联合会组织的科技成果鉴定，业内多名知名院士及专家一致认为该系列技术成果整体达到国际领先水平。
  在不断突破技术瓶颈、推动CCUS-EOR技术的工业实践中，吉林油田创新形成了精益求精的科研攻关模式、精雕细刻的开发管理模式、精打细算的提质增效模式、精耕细作的生产运维模式的“四精”CCUS全产业链配套发展模式，定型了CCUS全流程工艺技术与核心装备。
  “我们下一步要重点解决CCUS-EOR的成本和效益问题，加快推进低浓度二氧化碳低成本捕集、长距离超临界管输和密相注入、驱油与埋存效果效益提升等。”张德平透露，目前吉林油田正在与吉林石化共同建设国内规模最大的超临界二氧化碳输送管道，预计2023年年底主体工程建成，在降低油田EOR工艺成本的同时，提高石化炼化企业的碳利用能力。当前，吉林油田正加快推进CCUS+产业发展，预计到“十四五”末，CCUS年产油量将达到40万~50万吨，年埋存二氧化碳量达到130万~150万吨;到2035年，峰值年产油150万吨，年埋存二氧化碳400万~500万吨，力争在国内率先建成绿色低碳转型发展CCUS+“双百”示范区。