統籌油氣供應安全和綠色低碳發展、堅持油氣與新能源協同融合發展、加快推動形成綠色低碳生產方式、持續提升油氣產量和綜合能源供給保障能力,已成為石油石化行業的時代課題。
在近期舉辦的2023油氣與新能源融合發展大會上,與會專家以“聚焦油氣與新能源融合發展,助力油氣行業綠色低碳轉型”為主題,立足油區資源稟賦和油氣產業鏈優勢,探討可再生能源與傳統油氣融合發展新技術、新趨勢,助力構建清潔低碳、安全高效的能源體系。
2023年3月,國家能源局印發《加快油氣勘探開發與新能源融合發展行動方案(2023-2025年)》,要求統籌推進油氣供應安全和綠色發展,在穩油增氣、提升油氣資源供給能力的基礎上,加快行業綠色低碳轉型。
中國工程院院士蘇義腦表示,當今世界仍處于油氣時代,要有效控制二氧化碳排放,推進能源結構調整與轉型,建立清潔、低碳、安全、高效的新能源體系。
理解和認識碳達峰碳中和
蘇義腦認為,“雙碳”目標應在立足國情、安全發展、科學創新、務求實效四大基本理念下認識和研究。
第一,立足國情。目前,能源轉型已取得重要進展,但我國仍面臨產業結構偏重、能源消費偏煤、能源利用效率偏低、碳中和窗口期偏短、新能源關鍵礦物供應不足等問題。
第二,安全發展。保證充足可靠的能源供應是我國能源發展戰略中的首要問題,能源安全關乎國家安全。
第三,科學創新。科技與管理創新是實現“雙碳”目標的推動力,要做到在科學原理上是可能的、技術經濟上是可行的、工程實踐上是可操作的、長遠發展是可持續的。
第四,務求實效。能源發展戰略研究、路徑選擇和方案設計要落到實處,這是一場深刻的能源科技、經濟、社會革命,面臨諸多風險與挑戰。
中國科學院院士費維揚指出,必須充分認識實現“雙碳”目標的緊迫性和艱巨性,要處理好4對關系,即發展和減排、整體和局部、長遠目標和短期目標、政府和市場的關系。
要實現“雙碳”目標,能源消費是核心,只有控制好能源消費結構比例,才能控制住排放總量;產業結構調整是關鍵,我國處于工業化中后期,第二產業既是國民經濟的基石,也是耗能大戶,而且存在產業結構不合理的問題;化石能源是重點,化石能源消費是碳排放量居高不下的根本原因,同時也要認識到化石能源沒有原罪,需要通過科技創新把它用好、用清潔;提效節能是抓手,只有通過科技創新和管理創新才能實現提效,節能本身就是減排;建設現代能源體系是目標,實現“雙碳”目標,就是要實現化石能源清潔化,非化石能源低碳化,新能源的多元化、規模化和本地化,多種能源綜合化,終端能源消費的再電氣化,能源系統智慧化,建立有中國特色的新型能源體系。
作為戰略性技術的CCUS
IEA(國際能源署)預測,全球利用CCUS(二氧化碳捕集、利用與封存)減碳量在2030年、2035年和2050年將分別達到16億噸、40億噸和76億噸,分別占2020年全球碳排放總量的4.7%、11.8%和22.4%。
由于我國的資源稟賦和產業結構特點,煤電、鋼鐵、水泥和石化等高碳行業的轉型升級需要時間,即使實現碳中和,我國也不能完全擺脫化石能源。費維揚表示,CCUS是化石能源大規模低碳利用的主要途徑,是一種戰略性技術。
IEA估算,從燃煤電廠煙道氣中捕集、運輸和封存1噸二氧化碳的成本高達60美元。因此,構建低成本、安全可靠的CCUS技術體系和產業集群可以為實現碳中和目標提供技術保障。
當前,我國CCUS產業發展取得一定進展。中國石化建成國內首個百萬噸級CCUS示范項目,我國首條百萬噸、百公里高壓常溫密相二氧化碳輸送管道投產,實現了CCUS規模化、全鏈條發展。中國海油恩平15-1高含二氧化碳天然氣回注埋存一體化示范項目于2023年6月正式投用。這是我國首個海上百萬噸級二氧化碳封存工程,實現了我國海上二氧化碳封存領域從無到有的突破。清華大學化工系通過復合溶劑、高效分離設備、膜解吸復合再生工藝等研究,研發出多套低濃度二氧化碳捕集中試設備,研究成果比傳統工藝降低成本30%。
費維揚介紹,二氧化碳資源的開發利用研究得到各國政府的高度重視,正在成為科研和產業部門關注的熱門課題,如二氧化碳提高采收率、化學利用和農業利用等。其中,二氧化碳化學利用主要途徑有二氧化碳加氫制備甲醇,二氧化碳制DMC(碳酸二甲酯)、聚碳酸酯、DMF(N,N-二甲基甲酰胺)等,當前已分別建成萬噸級或10萬噸級的示范裝置。二氧化碳光催化是研究熱點,但只有在光催化劑研發和制氫技術取得重大突破后,才有可能實現二氧化碳的大規模化學利用。
油氣與新能源融合發展具有優勢
保障國家能源安全和實現綠色發展是油氣行業的責任。
中國石化發展計劃部首席專家郭衛軍介紹,預計我國石油需求中長期內將繼續增長,將于2025~2030年達峰,天然氣需求將快速增長,預計2035~2040年達峰,油氣進口依存度將攀升,油氣行業保供壓力進一步加大;隨著油氣勘探開發難度加大和資源劣質化加劇,上游生產將消耗更多的能源,而“雙碳”目標的提出又要求實現綠色低碳生產。因此,推動油氣與新能源融合發展是油氣行業更好承擔雙重責任的戰略途徑和現實選擇。
《加快油氣勘探開發與新能源融合發展行動方案 (2023-2025年)》提出了明確的發展目標、發展路徑及政策保障措施。2023年4月,國家能源局召開油氣勘探開發與新能源融合發展啟動會,對油氣企業進一步做好融合發展做出專題部署、提出具體要求。
油氣勘探開發與新能源融合發展的三大目標是油氣供給穩步增長、綠色發展效果顯著、行業轉型明顯加快;四項重點措施是大力推進陸上油氣礦區及周邊地區風電和光伏發電、統籌推進海上風電與油氣勘探開發、加快提升油氣上游新能源開發利用和儲存能力、積極推進綠色油氣田示范建設。
中國石化持續推進化石能源潔凈化、潔凈能源規模化、生產過程低碳化,提出實施太陽能資源開發利用、存儲消納能力建設、風能資源開發利用、裝備與車輛電動化、余熱資源有效利用、綠電引進消納、地熱資源開發利用、綠色油氣田示范、CCUS融合發展、創新攻關等油氣與新能源融合發展十大工程。
中國石油按照新能源支撐油氣增產、 低碳生產、清潔供能三條路徑, 實現油氣保障供應與綠色低碳轉型相統一。吉林油田通過風光發電項目實現了綠電替代,還通過地熱、光熱、空氣源熱部分替代天然氣加熱,每年可減少天然氣消耗60萬立方米,結合CCUS等技術,產出我國第一桶零碳原油。零碳原油就是采用無碳或負碳排放的方式生產的原油產品。
中國海油積極發展海上風電,擇優發展陸上風光,探索培育氫能、儲能產業,統籌推進綠電和碳交易,穩妥推進CCS/CCUS。
中國石油油氣和新能源分公司新能源事業部總經理蘇春梅介紹,油氣田企業具有得天獨厚的新能源發展基礎。一是油氣礦權區內風能、光能、地熱資源豐富,二氧化碳地質埋存能力強。二是油氣田配套設施齊全,擁有自備電廠、土地,以及地下儲氣庫、天然氣管道等配套設施,具備開展氣風光發電、儲能調峰、管道摻氫等業務的基礎條件。三是油氣生產綜合能源應用場景豐富,分布式智能電網、源網荷儲多能互補、“油氣熱電氫”聯供可拓展清潔高效的綜合能源服務范圍。
江蘇油田:埋碳驅油“兩不誤” 增產增效“雙豐收”
江蘇油田33區塊受儲層特低滲影響,采取注水開發一直未實現有效動用。技術人員改用大注入量超前注二氧化碳方式開發,近期油井壓力呈現持續上升好勢頭,預計開井后將收到良好效果。
近年來,在“雙碳”目標引領下,江蘇油田持續加大CCUS技術應用力度,邁入綠色低碳轉型發展新階段。目前,江蘇油田每年向地下注入二氧化碳10萬噸以上。
變廢為寶 實現效益開發
作為東部老油田,江蘇油田已整體進入高含水、高可采儲量采出程度開發階段。該油田積極轉換開發方式,探索CCUS提高采收率技術。
花26區塊油藏平均滲透率僅為3.5毫達西,屬于低滲致密油藏,注水壓力高,水驅效果差,穩產難度大。2015年,技術人員對該區塊注二氧化碳,截至目前,累計注氣4.66萬噸、增油3.7萬噸。
江蘇油田復雜斷塊和低滲透儲量約有9000萬噸,開發上“水注不進、油采不出”。利用二氧化碳驅油,二氧化碳分子直徑小于水分子,可提高注入能力,通過高壓注入,可以使二氧化碳與原油形成混相,擴大波及體積,可提高采收率10~20個百分點。
近年來,江蘇油田持續開展適應復雜小斷塊油田特征的二氧化碳驅油模式及配套工藝攻關,加快技術推廣應用。目前,江蘇油田平均二氧化碳換油率為0.31∶1,實施注氣單元25個,累計增油10萬噸,實現埋碳驅油“兩不誤”、增產增效“雙豐收”。
規模推廣 做好引領示范
近日,采油二廠高21斷塊油井復產捷報頻傳,3口油井通過驅吐一體化技術,日產油15.5噸,較注氣前日增油13.8噸,油井含水率持續下降。
高21斷塊是典型的低滲高含水區塊,此前注水效果不好,油井幾乎處于廢棄狀態。今年3月,技術人員對其開展注二氧化碳試驗。“我們在注氣的同時關閉油井,注氣階段氣體驅替裂縫中的原油,燜井階段讓氣體擴散,注采井接替發力,發揮驅替與吞吐作用,采出井間和井周剩余油。”江蘇油田勘探開發研究院開發三室副主任王智林說。
目前,江蘇油田針對蘇北盆地復雜小斷塊油藏,形成了以仿水平井重力穩定驅、氣頂邊水雙向驅、驅吐協同一體化、“二氧化碳+”為特點的4種驅油技術。同時,他們針對深層低滲與構造巖性兩類低采收率儲量持續攻關,打開了平均采收率為12.5%的1億噸儲量的增儲空間。
近兩年,江蘇油田CCUS應用技術逐漸從提高采收率方法向開發方式轉變。李1、楊53、聯38等區塊難采儲量通過氣驅開發實現有效動用。目前,江蘇油田二氧化碳區塊覆蓋儲量近1600萬噸。
循環利用 打造零碳示范基地
在采油一廠聯38井區,180塊光伏板均勻分布在井場一側,為抽油機運行、二氧化碳驅油提供動能。江蘇油田通過科技創新,升級打造了CCUS2.0版本。
聯38井區是江蘇油田首個碳中和采油示范區,也是中國石化4個碳中和建設試點井場之一。聯38斷塊儲層滲透率和彈性采收率低、吸水能力差。2020年底,技術人員根據聯38斷塊性質,制定新老協同、近混相驅的開發方案,打造高注低采井網,采用快速提壓、均衡驅替、保壓開采的方式,試注液態二氧化碳。
后期生產過程中,部分二氧化碳會伴隨原油生產從地下“逃出來”,技術人員配套地面回收技術,實現同井場“注入—產出—回收—再注入”閉環,實現二氧化碳“零排放”。聯38井區成為江蘇油田第一個集二氧化碳捕集、運輸、注入、回收于一體的綠色井區,截至目前,累計注氣2.7萬噸,峰值日增油10噸以上。
同時,該示范區光伏項目累計發電21.3萬千瓦時、減少二氧化碳排放超100噸。
“下一步,我們將復制聯38井區的經驗,不斷擴大應用規模。”江蘇油田開發管理部高級專家金勇說。