——專家觀點——

中國石油大學(xué)（北京）碳中和未來技術(shù)學(xué)院副院長 芮振華

近年來，全球工業(yè)化進程進一步加快，造成二氧化碳等溫室氣體大量排放，極端天氣頻發(fā)，全球氣候變化面臨巨大挑戰(zhàn)。

為實現(xiàn) “雙碳”目標(biāo)，我國正采取一系列措施來降低碳排放，二氧化碳捕集、利用與封存（CCUS）就是降低碳排放的有效方式之一。

CCUS技術(shù)實現(xiàn)兩個目標(biāo)

CCUS技術(shù)應(yīng)用于油氣田開發(fā)領(lǐng)域的目標(biāo)主要有兩個：進一步提高油氣采收率和實現(xiàn)二氧化碳的安全高效封存。因此，除了二氧化碳捕集和運輸，CCUS項目的關(guān)鍵技術(shù)有二氧化碳提高油氣采收率技術(shù)、二氧化碳封存技術(shù)及二氧化碳安全監(jiān)測技術(shù)等。

總體來看，二氧化碳提高油氣采收率的主要機制包括與原油的混相、相態(tài)反轉(zhuǎn)、溶脹、改善水油流度比、擴散、競爭吸附及改善儲層物性等。對于不同類型的油氣藏（如低滲/特低滲油藏、致密油藏、頁巖油氣藏、高含水油藏等），二氧化碳提高采收率與增產(chǎn)機制具有差異性。

二氧化碳提高油氣采收率采用的技術(shù)由二氧化碳采油采氣機制及油氣藏的類型所決定。對于低滲/特低滲油藏、致密油藏、高含水油藏等不同的油氣藏類型，儲層物性（如孔隙度、滲透率、流體飽和度、巖性）、流體物性（如黏度、密度）等存在差異，其開發(fā)方式與提高采收率機制也不相同。

二氧化碳地質(zhì)封存是指將二氧化碳儲集于具有良好封閉性的地質(zhì)體中。目前比較可靠的封存方式有二氧化碳驅(qū)油與封存、枯竭油氣藏封存、咸水層封存、煤層封存等。

二氧化碳地質(zhì)封存與提高采收率一體化技術(shù)可以在實現(xiàn)二氧化碳大規(guī)模封存的同時提高油氣采收率，具有更好的發(fā)展?jié)摿Α６趸荚谟蜌獠刂械馁x存狀態(tài)有自由態(tài)、溶解態(tài)、礦物狀態(tài)，通常情況下，二氧化碳在同一油氣藏中的地質(zhì)封存會受到構(gòu)造封存、殘余封存、溶解封存及礦化封存多種二氧化碳封存機制的共同作用。

二氧化碳注入后在地下不斷運移，鉆井等地下活動及地質(zhì)體本身存在裂縫、溶洞，可能造成一定的泄漏風(fēng)險。故而，在研究二氧化碳地質(zhì)封存技術(shù)、提高封存效率的同時，應(yīng)注重二氧化碳泄漏安全監(jiān)測技術(shù)的研發(fā)，達到長久、安全封存的目的。

根據(jù)監(jiān)測原理的不同，二氧化碳封存安全監(jiān)測技術(shù)分為兩種：地表以下二氧化碳監(jiān)測技術(shù)，主要是利用土壤、巖石在聲、電、磁、熱等方面的特征，對其中的二氧化碳濃度及氣體泄漏造成的巖石形變進行監(jiān)測；地表以上二氧化碳監(jiān)測技術(shù)，主要通過測量大氣二氧化碳濃度來實現(xiàn)。

我國已有近60年研究歷史

從20世紀(jì)50年代美國大西洋煉油公司獲得首個二氧化碳驅(qū)油專利起，二氧化碳便逐漸應(yīng)用于油氣生產(chǎn)，經(jīng)過60年代二氧化碳驅(qū)油的礦場試驗及70年代的工業(yè)化發(fā)展，應(yīng)用于二氧化碳驅(qū)油的CCUS技術(shù)在美國發(fā)展成熟。

目前，國外已有多個大型油氣田碳封存項目正在運行，如加拿大的Weyburn油田、挪威的Sleipner天然氣田及美國Petra Nova油田等。

從理論研究上來看，國外在微納尺度二氧化碳/油/水/巖石相互作用機制、二氧化碳提高采收率與封存數(shù)值模擬技術(shù)、二氧化碳體積壓裂改造與增產(chǎn)機制、二氧化碳泄漏風(fēng)險識別與控制技術(shù)等領(lǐng)域都處于領(lǐng)先水平，并形成了二氧化碳多相多尺度滲流理論與熱力學(xué)數(shù)據(jù)庫，為相關(guān)項目的開展提供了大量的技術(shù)儲備。

同時，國外用于二氧化碳提高采收率與封存項目的油氣藏具有原油黏度低、易混相的特點。

國內(nèi)CCUS技術(shù)起步并不晚。1965年，大慶油田開始進行二氧化碳驅(qū)油的礦場試驗。20世紀(jì)80年代后，吉林油田、冀東油田、江蘇油田等也陸續(xù)開展二氧化碳驅(qū)油的相關(guān)試驗，但未進行規(guī)模化應(yīng)用。

直到2005年前后，我國才形成了CCUS的相關(guān)概念。2021年，齊魯石化—勝利油田CCUS項目正式啟動建設(shè)，這是我國首個百萬噸級CCUS項目，延長油田、長慶油田、吉林油田等也加快了CCUS項目的大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用。

與美歐發(fā)達國家相比，我國的二氧化碳大幅度提高油氣采收率及封存理論與技術(shù)體系發(fā)展仍然處于初期，應(yīng)用規(guī)模較小。但我國目前經(jīng)濟發(fā)展速度較快，二氧化碳來源充足，碳減排需求量大，預(yù)計未來我國的CCUS技術(shù)在油氣開發(fā)領(lǐng)域前景十分廣闊。

國內(nèi)在CCUS提高油氣采收率與二氧化碳封存技術(shù)研發(fā)方面起步相對較晚，同時受限于精密儀器、計算機軟硬件的技術(shù)壁壘，基礎(chǔ)研究較薄弱，主要體現(xiàn)在油氣藏注二氧化碳多組分流體熱力學(xué)性質(zhì)及滲流規(guī)律研究、二氧化碳提高采收率機制、碳封存動態(tài)協(xié)同理論與技術(shù)及二氧化碳流動調(diào)控與泄漏風(fēng)險控制理論研究等方面。

目前，國內(nèi)在精密實驗設(shè)備的加工及商業(yè)數(shù)值模擬軟件的研發(fā)上與國外先進水平仍有較大的差距，關(guān)鍵設(shè)備及模擬器長期依賴進口。

此外，由于我國油氣藏類型多樣，地質(zhì)特征及開發(fā)條件更復(fù)雜，經(jīng)過長期的探索與實踐，我國在復(fù)雜油氣藏二氧化碳提高采收率理論與技術(shù)方面處于國際領(lǐng)先地位，為基礎(chǔ)理論應(yīng)用于現(xiàn)場實踐提供了良好的條件。

協(xié)同優(yōu)化技術(shù)是未來發(fā)展方向

發(fā)達國家相繼大力開展了以CCUS為代表的碳移除技術(shù)的研究工作并提供相應(yīng)的政策支持。例如，美國政府近期出臺了《兩黨基礎(chǔ)設(shè)施法》《通貨膨脹削減法案》等，歐盟也出臺了《2030年氣候與能源政策框架》《2050長期戰(zhàn)略》等重要文件。

預(yù)計這些政策的提出將使2030年溫室氣體排放量比2005年降低40%；歐盟計劃，2030年前碳排放量減少50%~55%（與1990年相比）,并提供至少每年2600億歐元的投資。

我國的政策重點也開始將“減碳”提升到了新的戰(zhàn)略高度。其中，重要政策之一是降低石化、煤電及鋼鐵等行業(yè)的碳排放。

目前，我國陸上油田可實行二氧化碳封存與提高采收率的油氣田主要集中于華北與東北地區(qū)，其理論封存量約為36億噸，其全部廢棄時可實現(xiàn)二氧化碳封存量為46億噸，且這些區(qū)域人口密集、經(jīng)濟發(fā)達、二氧化碳排放量高，可提供較為充足的二氧化碳?xì)庠矗哂休^大的應(yīng)用潛力。

近年來，隨著二氧化碳提高采收率與封存協(xié)同優(yōu)化理論架構(gòu)的成熟，以及優(yōu)化目標(biāo)的清晰，更多研究主要集中在協(xié)同優(yōu)化的實現(xiàn)上，并將這些方法應(yīng)用于工程。在實現(xiàn)協(xié)同優(yōu)化目標(biāo)的方法上，繼續(xù)研究傳統(tǒng)二氧化碳驅(qū)油技術(shù)相關(guān)參數(shù)的優(yōu)化，以解決項目實施過程中面臨的氣竄、難混相等問題；通過引入粒子群算法和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等人工智能算法，可以進一步對二氧化碳提高采收率與封存的協(xié)同關(guān)系進行優(yōu)化。

此外，在注入的二氧化碳?xì)怏w中添加醚類或醇類物質(zhì)也可以進一步挖掘提高采收率與封存的潛力，相關(guān)研究成果已在加拿大Weyburn油田等成功應(yīng)用。

挑戰(zhàn)與建議

目前，二氧化碳提高油氣采收率與地質(zhì)封存技術(shù)在國外已經(jīng)實現(xiàn)了商業(yè)化運營，我國在技術(shù)研發(fā)、工程應(yīng)用、產(chǎn)業(yè)化及政策機制等方面與歐美發(fā)達國家仍然存在一定的差距，主要面臨以下挑戰(zhàn)：

一是在技術(shù)研發(fā)方面。我國油藏以陸相沉積油藏為主，普遍存在黏度高、混相壓力高等特點，在地層壓力下難以形成混相，驅(qū)替壓力過高又容易壓穿地層，導(dǎo)致氣體泄漏，二氧化碳驅(qū)采收率低、易氣竄、采出氣二氧化碳濃度高、埋存效率低。

二是在產(chǎn)業(yè)化方面。我國二氧化碳?xì)庠磁c油氣藏分布存在比較嚴(yán)重的源匯不匹配的問題。我國二氧化碳排放主要集中于東部經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)，而適于二氧化碳封存的油藏地質(zhì)體則廣泛分布在西北、西南及東北等人口稀少地區(qū)。

三是在工程應(yīng)用方面。目前我國的CCUS項目應(yīng)用規(guī)模相對較小，同時，輸送管網(wǎng)等基礎(chǔ)設(shè)施難以支持大規(guī)模二氧化碳的遠(yuǎn)距離運輸。

四是在政策激勵方面。我國仍沒有體系化的CCUS政策機制，企業(yè)的權(quán)利與義務(wù)不夠明確，財稅支持與資金保障仍然有待加強，同時商業(yè)與金融生態(tài)建設(shè)需要創(chuàng)新。

為盡快實現(xiàn)二氧化碳提高采收率與封存技術(shù)的商業(yè)化、規(guī)模化運行，應(yīng)重點推進以下幾個方面工作：

第一，加強基礎(chǔ)研究以支撐CCUS全產(chǎn)業(yè)鏈的技術(shù)研究與創(chuàng)新，構(gòu)建新的CCUS技術(shù)體系，突破碳利用與封存兩大理論與技術(shù)瓶頸，支持產(chǎn)業(yè)全方位發(fā)展。

第二，立足我國區(qū)域國土空間和資源稟賦差異大的客觀實際，以綜合減排成本最小化為目標(biāo)，加強區(qū)域CCUS技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，優(yōu)化能源、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。

第三，由于CCUS具有較長的技術(shù)與產(chǎn)業(yè)鏈，應(yīng)用場景更多地與傳統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)融合，因此需通過技術(shù)的系統(tǒng)集成耦合，并與產(chǎn)業(yè)、區(qū)域協(xié)同優(yōu)化，實現(xiàn)循環(huán)型零碳排放的變革性重構(gòu)。

第四，充分利用大數(shù)據(jù)、人工智能、5G等現(xiàn)代科技成果，與CCUS技術(shù)高度融合，促進產(chǎn)業(yè)高速、高質(zhì)量發(fā)展。

第五，充分發(fā)揮法律法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)碳市場、碳稅、綠色金融等政策制度和市場機制的支持引導(dǎo)作用，通過市場調(diào)節(jié)、政策法規(guī)制度保障及金融支持，助力CCUS快速發(fā)展。

——企業(yè)行動——

勝利油田CCUS：固碳“保險箱“采油”金鑰匙”

8月的黃河三角洲，一片生機勃勃。一條管道蜿蜒百公里，一頭連接齊魯石化，一頭連接勝利油田，在超臨界壓力下每天源源不斷地將二氧化碳輸送到井場，再被注入地下千余米的深處用于驅(qū)油和封存。

這條管道，就是不久前投入運行的我國首條百萬噸、百公里高壓常溫密相二氧化碳輸送管道——“齊魯石化—勝利油田百萬噸級CCUS項目”二氧化碳輸送管道。

勝利油田CCUS項目部相關(guān)負(fù)責(zé)人介紹，CCUS既是一個“固”的保險箱，每年可注入二氧化碳100萬噸并實現(xiàn)封存，相當(dāng)于植樹近900萬棵，又是一把“采”的金鑰匙，提高低滲透油藏高效開發(fā)水平，實現(xiàn)石油增產(chǎn)和碳減排雙贏。

針對液態(tài)二氧化碳易氣化外排及多井同時注入計量分配難度大的難題，勝利油田不斷攻關(guān)研發(fā)全密閉高效注入技術(shù)，形成了具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的注入系列裝備，破解了“零排放、低溫計量、分壓分注”等核心技術(shù)難題。

他們還創(chuàng)新實施采出氣液全程密閉集輸與處理工藝，采出氣分水后輸送至回注站直接增壓回注至地層進行二次驅(qū)油與封存，確保“油不落地、水不外排、氣不上天”，形成了“二氧化碳高壓混相驅(qū)”核心技術(shù)并取得礦場應(yīng)用突破；攻克3項核心技術(shù)，研發(fā)了液相二氧化碳管輸增壓泵、高效二氧化碳密相注入泵兩項關(guān)鍵裝備。（于佳 巴麗蒙）

江蘇油田四種模式讓廢氣成功驅(qū)油

經(jīng)過一年的注氣，花17-6井日產(chǎn)油由最低時的0.2噸上升至4.6噸，動液面從2100米上升至200米，低產(chǎn)低效區(qū)塊因注氣重見希望。

截至目前，江蘇油田有氣驅(qū)單元22個，實現(xiàn)注氣量及增油量連續(xù)5年硬攀升，已累計注氣29.2萬噸，碳封存量相當(dāng)于植樹250萬棵，累計增油9.8萬噸，二氧化碳驅(qū)階段換油率為0.34。

江蘇油田聚焦復(fù)雜斷塊提高采收率的問題，針對蘇北盆地復(fù)雜小斷塊油藏，開展低滲和特低滲油藏二氧化碳驅(qū)油技術(shù)研究，形成了“仿水平井重力穩(wěn)定驅(qū)”“氣頂邊水雙向驅(qū)”“驅(qū)吐協(xié)同”“二氧化碳+”4種模式。二氧化碳驅(qū)團隊以混相驅(qū)、近混相驅(qū)為目標(biāo)，堅持單層、少層精細(xì)開發(fā)，確立關(guān)井提壓促混相思路，最大程度發(fā)揮混相驅(qū)的技術(shù)優(yōu)勢。他們針對復(fù)雜斷塊油藏傾角大、構(gòu)造陡、相對封閉等特點，充分發(fā)揮重力穩(wěn)定驅(qū)等特色技術(shù)的優(yōu)勢，實現(xiàn)氣竄前緣控制和采收率提升雙重目標(biāo)。

聯(lián)38塊是滲透率不足10毫達西、儲層厚度差異超10倍以上的構(gòu)造巖性油藏。科研人員加強精細(xì)地質(zhì)和氣驅(qū)模式研究，在儲層主河道高部位部署氣井，形成水平驅(qū)替的“氣墻”，擴大氣驅(qū)范圍。注氣開發(fā)后，聯(lián)38塊油井產(chǎn)油能力翻倍。（徐博誩聞 王智林）

華東油氣打造“碳+”式碳資產(chǎn)經(jīng)營公司

截至目前，華東油氣泰州采油廠特低滲油藏注氣受效井張3-斜1井累計產(chǎn)油已突破4萬噸，穩(wěn)產(chǎn)44個月，日產(chǎn)油仍高達7.9噸，標(biāo)志著特低滲油藏增壓混相驅(qū)成效顯著。

華東油氣秉持綠色低碳發(fā)展理念，搶抓“雙碳”戰(zhàn)略機遇，立足自身產(chǎn)業(yè)特色，以CCUS-EOR一體化工程建設(shè)為核心，跨界整合二氧化碳資源，目前已成為集二氧化碳“捕集回收、驅(qū)油、封存、監(jiān)測及應(yīng)用”等技術(shù)服務(wù)于一體的“碳+”式碳資產(chǎn)經(jīng)營公司。

近年來，華東油氣通過科技創(chuàng)新、“卡脖子”技術(shù)攻關(guān)，形成了一套低成本捕集、運輸、注入、油田穿透氣回收、封存的工藝技術(shù)，并積極與江蘇油田、東北油氣、勝利油田、河南油田、玉門油田、吐哈油田等多家油田企業(yè)開展CCUS-EOR技術(shù)服務(wù)合作。截至目前，華東油氣累計捕集化工尾氣46.5萬噸，二氧化碳地質(zhì)封存130多萬噸，增油30多萬噸，提高采收率11.5個百分點。(沈志軍 劉方志)

——知識鏈接——

二氧化碳提高采收率技術(shù)有哪些？

●低滲/特低滲油藏提高采收率技術(shù)：

該技術(shù)以混相驅(qū)為主，將二氧化碳與其他氣體（如煙道氣、氮氣等）以段塞的形式注入，可以降低注入段塞前端二氧化碳的彌散，同時后段氣體的注入可以提高驅(qū)替壓力以實現(xiàn)混相。與純二氧化碳相比，在正常油藏壓力下注二氧化碳和氮氣，可使油藏采出程度提高2~3個百分點。

●致密油藏提高采收率技術(shù)：

二氧化碳具有流動性好、溶于原油、在油藏溫壓條件下易與致密油形成混相等特點，因此注二氧化碳是提高致密油采收率的有效方式。目前利用二氧化碳開采致密油的工藝與技術(shù)主要有體積壓裂后二氧化碳吞吐、碳化水驅(qū)、超臨界二氧化碳驅(qū)、二氧化碳水氣交替注入、二氧化碳泡沫驅(qū)等。

●中高滲高含水油藏控水增油技術(shù)：

對于進入高含水階段的中高滲油藏，通過二氧化碳泡沫驅(qū)或者將二氧化碳與其他三次采油技術(shù)相結(jié)合，可以起到調(diào)剖堵水及擴大波及的作用，相關(guān)技術(shù)在勝利油田等傳統(tǒng)主力油田應(yīng)用效果較好，顯著提高了原油產(chǎn)量。

●頁巖油氣藏二氧化碳壓裂技術(shù)：

利用二氧化碳作為壓裂液成分的儲層增產(chǎn)技術(shù)，具有低耗水、環(huán)保、高效、低儲層傷害的特點，可應(yīng)用于頁巖油氣藏、煤層氣、致密及低滲油藏的儲層改造與增產(chǎn)。與傳統(tǒng)的水力壓裂技術(shù)相比，二氧化碳壓裂技術(shù)對儲層傷害小，同時在壓裂造縫過程中還可以降低原油黏度，在儲層改造的同時提高采收率。