【资料图】
海底封碳
探访我国首个海上二氧化碳封存示范工程
位于南海东部海域的恩平15-1平台。（中国海油 供图）
钻井工人正在进行回注井钻井作业。（中国海油 供图）
恩平15-1平台上的二氧化碳回注井采油树。 （王珍 摄）
恩平15-1平台上的高碳分离器。（王珍 摄）
恩平15-1平台上的分子筛吸附塔。（王珍 摄）
我国首个海上二氧化碳封存示范工程示意图。（中国海油 供图） 深圳西南约200公里，南海东部海域，深蓝海面上泛着波光，一望无际。从空中俯瞰，矗立于此的恩平15-1平台，在阳光照射下耀眼夺目。 这是亚洲最大的海上石油生产平台，拥有我国首个海上二氧化碳封存示范工程项目。 6月1日9时30分，随着平台上高碳原油生产井、生产处理系统、二氧化碳压缩机及分子筛脱水橇等设备依次启动，油田开发伴生的二氧化碳被捕获、分离、压缩，并通过一口回注井被注入海底地层，实现稳定封存。这标志着我国成功掌握海上二氧化碳捕集、处理、注入、封存和监测的全套技术和装备体系，填补了我国海上二氧化碳封存技术的空白。 为什么要把二氧化碳封存在海底？二氧化碳被顺利“捕捉”并回注到海底地层，要突破哪些“关卡”？我国二氧化碳地质封存潜力如何？记者近日实地探访了这一示范工程。 海上原油开采伴生高浓度二氧化碳 捕集压缩，注入海底“巨碗” 6月8日，恩平15-1平台生产监督朱学勇给记者发来了最新进展：A3H井已正式投产。 这是该平台投产的第二口生产井。与一周前投产的首口生产井一样，这也是一口“高碳井”。 “这样的‘高碳井’，在恩平15-1平台上共有四口。”中国海油深圳分公司恩平15-1平台总监胡金告诉记者，这里所说的“高碳”是指伴生气中含有较高含量的二氧化碳。 据介绍，在海洋油气钻探开发过程中，往往会有一些伴生气，二氧化碳便是伴生气的重要组分之一。常规海洋油气资源开发时，伴生气中二氧化碳的含量约有20%-30%。恩平15-1油田十分特殊，因为特殊的地壳条件，油藏上部有一个气顶，且二氧化碳含量极高，在原油的开采过程中这些二氧化碳也会“逃”出地层。 “超过95%，是常规油田的数倍。”胡金告诉记者，据测算，恩平15-1平台一共会产生约150万吨二氧化碳。若按常规模式开发，二氧化碳将随原油一起被采出地面，不仅会对海上平台设施和海底管线造成腐蚀，还将增加我国二氧化碳排放量。 在“双碳”背景下，这一状况不允许出现。怎么办？科研人员决定将这些“逃”出来的二氧化碳重新捕集起来，并经过一系列处理工序后，重新注入海底，实现永久封存。 首先是要找到合适的存储位置。 “咸水层被认为是最理想最成熟的地质封存环境。”胡金告诉记者，技术人员在距离平台3公里外、800多米深的海底找到了一个“穹顶”式地质构造。如同一个倒扣在海底的“巨碗”，不仅储存量大，而且封闭性强，能够长期稳定地罩住二氧化碳。 合适的存储位置找到后，还要建立一条通往海底“巨碗”的通道——回注井，连通地上和地下。而且，“逃”出来的二氧化碳并不会自动分离并进入回注井，需要人为进行捕集、分离、脱水等一系列工序处理。 油井开采产生的油气混合液进入高碳分离器，把二氧化碳分离出来；再进入三级压缩机，进行加压和干燥。“被捕集、纯化、干燥后的二氧化碳，将被加压至11兆帕，相当于指甲盖上压了一个110公斤的重物。”胡金告诉记者，这时的二氧化碳处于超临界状态，即气液混合态，会像气体一样充满整个空间，但其密度又类似液体。最后，气液混合态的二氧化碳再通过回注井封存到海底“巨碗”。整个过程只需要20分钟左右。 二氧化碳注入地层后，大部分将被顶部的盖层永久盖住，同时一部分被地层孔隙捕获，一部分慢慢溶解在地层水中，还有一部分与岩石和地层水反应生成碳酸盐矿物。 记者在恩平15-1平台尾部甲板，见到了我国首个海上二氧化碳封存示范工程的二氧化碳封存模块的真面目——重约750吨的“大家伙”。分子筛、冷却器、压缩机，以及层层叠叠的各路管道，在有限的空间里有序排列着。 “采取了特有的布置方式，研制了首套复合材料二氧化碳分子筛脱水橇，平衡压缩机级数与体积，研制适用于海洋高湿高盐环境的首套超临界大分子压缩机……”谈起封存模块，中国海油深圳分公司恩平15-1油田群开发项目组设计设备部经理张琪如数家珍，每一个攻克的难关、每一处特别的设计，都深印在她的脑海。 “该项目预计高峰期每年可封存二氧化碳30万吨，累计将超过150万吨。”胡金告诉记者，恩平15-1平台全开采周期所产生的二氧化碳，绝大部分将通过这一模块注入海底“巨碗”，深“埋”其中，其减碳规模相当于植树近1400万棵，或停开近100万辆轿车。 攻克高难度浅层大位移井 打通二氧化碳回注的“绿色通道” 在恩平15-1平台井口夹层甲板，一个一人多高的绿色装置，在一片橘、红色中显得十分醒目。记者看到，上面布着大小不一的操作阀以及各种仪表装置。 “这是二氧化碳回注井的采油树。”中国海油深圳分公司恩平15-1平台钻井总监张凯告诉记者。 记者了解到，采油树是一种井口装置，是油气井最上部控制和调节油气生产开发的主要设备。与常规开发井的红色采油树不同，这口井的采油树之所以为绿色，既彰显了其作为回注井的与众不同，也体现了示范工程项目的“绿色”意义。 目前，油田开发伴生的成百上千吨超临界状态二氧化碳，正从这里进入一条长长的、深入海底的“绿色通道”，源源不断回注至海底“巨碗”中。 不过，建这样一条“绿色通道”极其不易。 “难！超预期的难！”回忆起这口二氧化碳回注井的诞生历程，中国海油深圳分公司恩平15-1油田群开发项目组钻完井经理邓成辉连说了两个“难”。他告诉记者，入行15年，历经百余口井的作业，这口二氧化碳回注井是他遇到的最难打的一口井。 “这是一个高难度的浅层大位移井，另外还要进行二氧化碳回注，总体作业难度和挑战极高。”邓成辉用“既‘浅’又‘软’”来形容这条“绿色通道”途经区域的地质条件。 浅，是指地层浅，目的地——海底“巨碗”在海床以下800米，但距离平台却有3公里远，水垂比大。这意味着在钻进过程中，垂直方向每向下增加1米的深度，水平方向就要前进3米以上。打这样的大位移井原本难度就很大。与此同时，途经区域地层又很“软”，“娇气”得像豆腐块一样，容易破裂，无法为钻具提供有效支撑。钻具在地层中钻进，“来硬的不行，来软的也不行”。 不仅如此，在钻完井作业过程中还面临着套管下入风险、固井质量风险、井眼漏失风险等诸多工程挑战。就像建隧道，既要在合适的地层中沿着既定方向不断前进，又要时刻关注隧道周围会不会发生坍塌，还要防止通道以外地层中的液体渗漏发生倒灌等。加之地下钻井过程无法及时、直观地看到钻头前端以及井筒中的状况，其难度更甚。记者了解到，打一口井深相近的简单井大概需要15至20天时间，但完成这口二氧化碳回注井耗时2个多月。 据介绍，这条“绿色通道”总长超3700米，钻进不同井眼深度需要下入不同尺寸的套管稳固井壁，确保钻井通道通畅和安全。套管共有4层，内部最细的注气管柱直径约11厘米，如同一根超长“吸管”。为了确保这口回注井打得成，同时让二氧化碳注得进、封得住，项目团队针对钻完井作业风险以及二氧化碳的特殊性质，开展了有关技术攻关。 创新采用特制钻井液——低温流变性稳定钻井液，既能有效抵抗酸性二氧化碳腐蚀，还能支撑井壁、润滑井眼，让钻进之路通畅无阻。同时，还研发出“抗二氧化碳腐蚀水泥浆体系”“低温泥饼预冲洗”“长水平段尾管回接”“低压窜漏全封”等技术，确保该井在长达几十年的注入期间拥有“金刚不坏之身”。 为了确保二氧化碳回注周期的井下安全，及时监测井筒的完整性，项目团队还安装了“井下听诊器”，即借助分布式光纤传感技术，实现全井筒监测。“这是某个井下测点的压力值，这是温度，精度可达0.1摄氏度。”在恩平15-1平台中控室，张凯指着监控屏幕上的监测数据告诉记者，每隔一米就有一个监测点，就像数千只敏锐的眼睛，在看不见摸不着的井下无死角观察注气管柱是否存在泄漏。 预测封存量达2.58万亿吨 我国海底“封碳”潜力巨大 顺应全球能源行业低碳化发展大趋势，我国首个海上二氧化碳封存示范工程构建起安全可控的二氧化碳捕集、封存技术和装备体系，攻克了海上操作空间受限、海洋高湿高盐环境、高难度浅层大位移水平井等一系列难题。 “开创多项国内首创技术，自主研发制造出我国首套海上二氧化碳封存装置，自主设计实施了我国首口海上二氧化碳回注井，实现了二氧化碳的零排放……”在总结恩平15-1油田二氧化碳封存示范工程时，中国海油深圳分公司恩平油田总经理万年辉表示。 这一项目的成功投用，不仅实现了我国海上二氧化碳封存领域从无到有的重要突破，也为后续工作提供了思路，奠定了未来“岸碳入海”的技术支撑和现实条件，为粤港澳大湾区乃至全国提供了快速降碳的可行方案。 事实上，二氧化碳捕集利用与封存技术，是国际公认的有效促进碳减排的重要措施，是实现“双碳”目标的关键技术之一，被视为减碳的托底技术。 近年来，我国二氧化碳捕集利用与封存技术发展迅速，示范项目加速落地。华能北京热电厂碳捕集项目，成为2008年北京奥运会期间我国对外展示的窗口；甘肃省最东部，华能陇东煤电风光储一体化多能互补综合能源基地建设正酣，拥有全球首个150万吨/年大规模CCUS工程示范项目，建成后将实现低能耗二氧化碳捕集、驱油与封存全流程工业示范…… 不过，这些都是陆地二氧化碳捕集利用与封存项目，恩平15-1油田二氧化碳封存示范工程开拓了我国二氧化碳捕集、利用和封存的新产业新业态。 “相对于陆地碳封存而言，海上碳封存具有选址容易、安全性高、环境影响小、封存规模大等优势。”中国海油深圳分公司开发部经理戴宗介绍。今年1月自然资源部首次发布的中国海域二氧化碳地质封存潜力评价结果显示，我国海上二氧化碳地质封存潜力巨大，预测封存量达2.58万亿吨，可为“双碳”目标实现提供重要支撑。 二氧化碳捕集、利用与封存技术有利于海洋石油工业绿色低碳转型。记者了解到，在这一示范工程项目的基础上，中国海油已经在广东惠州启动我国首个千万吨级碳捕集与封存集群项目，未来将捕集粤港澳大湾区排放的二氧化碳，通过管道等方式输送到珠江口盆地海域进行封存。 中国海油有关负责人表示，将继续加大科研攻关，推动二氧化碳捕集、封存向二氧化碳捕集、利用、封存发展，提高采油效率的同时解决二氧化碳封存的问题。
