西南油气田CCUS/CCS发展现状、优势与挑战

中国石油西南油气田公司(以下简称西南油气田)是中国西南地区首个天然气年产量超400×10^(8) m^(3)的油气生产企业,其天然气新建产能、产量的增量分别占到全国增量的1/4和1/3,预计2030年天然气开发的碳排放量将突破500×10^(4) t。为解决天然气高质量上产过程中碳排放量刚性增长的问题,西南油气田主动围绕“天然气+CCUS”的战略规划,积极部署CCUS/CCS工作,以期打造“绿色能源西南模式”,助力实现“双碳”目标。为此,系统阐述了西南油气田在CCUS/CCS业务规划、标准体系、技术系列等方面的发展现状,梳理了其CCUS/CCS业务在资源、技术方面的优势,并分析了面临的技术成熟度不高、经济效益缺乏、社会接受度不高等挑战,最后作出了展望并有针对性地提出了下一步建议:①攻关形成具有气田特色的CCUS/CCS技术体系,打造气田CCUS/CCS原创技术策源地;②建立气田CCUS/CCS标准体系,推广应用气田CO_(2)驱气提高采收率(CCUS-EGR)和CO_(2)埋存技术;③依托西南油气田自有碳捕集、输送、驱气、封存等技术,进一步延伸拓展传统油气主营业务产业链,建立西南片区CCUS/CCS产业集群和碳库,助力中国石油成为CCUS/CCS产业链链长;④探索页岩气注CO_(2)及混合气体提高采收率技术,支撑在页岩气领域开辟新的CCUS方向。

榆树林油田CCUS采油工程方案优化设计与实践

大庆榆树林油田扶杨油层属低孔、特低渗透储层,针对以往开发过程中存在注水困难、压裂有效期短、水驱开发难以有效动用的问题,开展CO_(2)驱油技术现场试验。从经济性、技术适应性、配套工艺成熟性等角度对采油工程方案进行综合评价,优选出单、双管分层注入工艺、高气液比举升工艺、注采两端个性化防腐工艺及物理化学组合解冻堵工艺等CCUS采油工程技术。结果表明:试验区投产初期及目前生产情况均达到了油藏预测指标;采出井平均泵效及检泵周期与外围油田平均水平相持平,注气井与采出井腐蚀速率小于行业指标;实现CO_(2)有效埋存108.9×10^(4) t,比水驱预测采出程度提高采收率4.39百分点,取得较好的驱油开发效果。研究成果为CCUS示范区的高效建设提供了技术支撑,开辟了大庆油田外围难采储量有效动用的新途径。

CCUS腐蚀控制技术对策

碳捕集、利用与封存技术(CCUS)对于减缓全球气候变化、推进低碳发展具有重要意义。在石油开采过程中,利用CCUS技术将储存的CO_(2)注入油气井提高了油田原油采收率,但是CO_(2)溶于水后形成的碳酸会加剧金属管道的腐蚀,对设备的安全运行造成重大威胁。首先介绍了CO_(2)腐蚀机理,详细描述了造成油气生产系统中CO_(2)腐蚀的主要影响因素;然后对合金防护、涂覆防护层防护、缓蚀剂防护等常见的腐蚀控制方法及其研究进展进行了分析讨论;最后结合CCUS腐蚀控制研究现状,总结了在不同介质环境下CO_(2)腐蚀控制具体的措施和建议。研究成果为CO_(2)腐蚀控制技术的研究与发展提供了参考和依据。

中国西南地区CCUS区域中心建设路径与政策建议

西南地区正在加快推动成渝地区双城经济圈和国家天然气(页岩气)千亿立方米产能基地等国家战略实施,面临能源消费量增长硬需求和碳减排硬约束之间的矛盾,推动CCUS产业发展是解决该问题的必由之路,而建设CCUS区域中心是CCUS产业规模化、集群化发展的必然趋势,其中四川盆地是西南地区打造CCUS区域中心的最佳选择。为了加快建设中国西南地区CCUS区域中心,系统梳理了国外的经验做法,分析了其优势和挑战,结合我国西南地区的CO_(2)排放及分布情况、封存地质条件、源汇匹配关系,针对性提出了建设路径和政策建议。研究结果表明:①打造中国西南地区CCUS区域中心具有企业减碳和增产的需求巨大、高耗能行业企业碳源丰富且较为集中、地质封存潜力大且分布集中、源汇匹配情况较好、地方政府积极支持等5大优势;②当前面临的主要问题是缺乏顶层设计和统一规划、缺乏全产业链协同技术攻关的共享平台、缺乏碳减排的激励和约束政策体系等;③下一步应聚焦CCUS-EGR、CCS、DACCS等3条路径,分启动、扩展、规模化发展3个阶段打造西南地区CCUS区域中心,形成两个千万吨级产业集群和3个百万吨级产业集群,并比选技术路径和商业化路径。结论认为,要重点从完善顶层设计,出台统一的战略规划;强化科技攻关体系建设,加快形成技术成熟、经济可行的CCUS全链条技术;强化政策支持、推动国际合作等3个方面入手,加快推动中国西南地区CCUS区域中心建设。

海上CCS/CCUS作业模式探讨与分析

CO_(2)地质封存与利用是应对温室气体排放、实现碳达峰碳中和目标的关键技术。从CCS/CCUS作业类型、CO_(2)来源等角度对全球海上CCS/CCUS项目进行分析,总结形成4类海上CCS/CCUS作业模式。通过对CO_(2)相态变化、杂质含量等因素对CO_(2)性能的影响研究,分析了海上CO_(2)源汇匹配、运输、注入的难点。结合国内海上CCS/CCUS业务现状与发展需求,从海上CO_(2)集群枢纽式源汇匹配模式探索、注入模式优化及配套设备研发、流动保障技术能力建设3个方向明确今后海上CCS/CCUS作业技术发展方向。

政府参与下考虑有限注意力的CCUS项目股权投资决策分析

碳捕获、利用与封存(carbon capture, utilization and storage, CCUS)项目的规模化需要风险资本支撑,然而气候政策与项目研发的不确定性造成注意力有限的风险投资机构投资意愿较低。为打破“能源企业不改造,风险投资机构不投资”的“囚徒困境”,本文基于投资方的注意力驱动交易行为构建了能源企业-风险投资机构-政府的演化博弈模型,从政策的“显著性”事件特征入手探讨政府在CCUS项目推广中的激励作用。结果表明:(1)向风险投资机构传递“显眼”信息的政府政策有助于打破当前融资困境;(2)三方参与概率高于30%即可实现CCUS项目股权投资的帕累托最优,且概率越高,演化速度越快;(3)政府实施的补贴和风险分担机制对融资的促进作用均显著,但初期风险分担机制因无法呈现“显著性”特征而难以吸引投资方注意力,效果弱于补贴机制。鉴于此,本文从引导多主体参与,建立信息披露机制,完善政府激励机制和提高碳资产管理效率等方面提出建议,以期为加快CCUS项目商业化提供理论借鉴。

适用于CCUS的二氧化碳输送管道止裂韧性模拟计算研究进展

CO_(2)输送管道是CCUS技术中连接碳捕集和碳利用的纽带,但是由于CO_(2)的特殊物理性质和减压性质,使得管道的止裂控制成为制约CO_(2)输送管道安全运行的难题。基于动态断裂力学,从裂纹驱动力和阻力两个方面,深入介绍了CO_(2)输送管道止裂控制机理;对比分析了当前长输管道常用止裂韧性指标的优缺点,在参考较为成熟的输气管道止裂控制模型的基础上,总结得到了适用于CCUS工程应用的CO_(2)输送管道止裂韧性预测模型。对于国内外采用全尺寸爆破试验得到止裂韧性的局限性,提出了应进一步结合流固耦合数值模拟方法开展CO_(2)输送管道止裂控制研究的建议。归纳了目前常用的流固耦合数值模拟计算软件,对国内外采用的真实和简化流固耦合方法进行了介绍,从流体减压模型的建立、韧性断裂准则的选择、材料损伤力学模型的建立等方面对比了真实和简化流固耦合方法的优缺点,并进一步讨论了两种方法的适用情况。以期为CO_(2)输送管道止裂韧性计算提供参考,保障CO_(2)输送管道安全运行,为推进我国CCUS技术产业化提供帮助。

基于U型盐穴储气库的新型CCUS方法

我国江苏、广东等东部地区碳排放量高、碳减排压力大,且缺少适用于大型碳减排的油气藏地质构造,但存在丰富的盐矿资源,以及多年采盐形成大量盐穴老腔。在双碳目标严峻形势下,如何将这些盐腔利用起来实现碳减排具有重要的研究意义。文章基于U型盐穴储气库的特点提出了一种新型CCUS方法,并进行了碳封存量和垫底气替代量计算。结果表明,1对井组可封存二氧化碳8.2万t,天然气垫底气可降低3766×10^(4)m^(3),具有较好的经济效益和社会效益。

CCUS示范工程碳资产开发减排量核算方法研究与应用

CCUS/CCS是全球油气行业绿色低碳转型发展的共同战略选择,开展碳减排量核算评估对CCUS项目建设和决策具有重要参考意义。按照《中国石油天然气生产企业温室气体排放核算方法与报告指南(试行)》要求,分析某CCUS示范区块现状,针对CCUS项目全链条工艺流程中CO_(2)的捕集、管道运输、驱油、埋存各阶段,确定核算边界,识别排放源,提出CO_(2)排放监测方案、计算公式和核算方法。依据项目运行中各环节用能消耗、工艺碳排放、泄漏点监测等,通过工程可研报告中的数据对减排量进行计算,得出在不考虑CO_(2)放空、逸散的情况下,CCUS示范工程投产后首年CO_(2)减排量为60.2×10^(4)t,为CCUS碳资产开发提供数据支撑。

用于CCUS油藏压井的环境响应型暂堵剂研制与应用

目前我国CCUS技术正在各油田大规模推广应用。由于CO_(2)对井筒腐蚀十分严重,修井工作量逐年增大,亟需研发压井暂堵剂,对井筒目标层段油气进行暂堵,以有效压井,保障顺利完成修井,修井后暂堵剂自动解堵,快速恢复生产。文中提出环境响应型暂堵剂的研究思路,暂堵剂由聚丙烯酰胺(HPAM)、有机铬交联剂A、活性交联剂B、GB-01破胶剂组成,在复合交联剂作用下快速成胶,并保持3 d左右的高强度和稳定性,实现有效暂堵压井。修井完成后,暂堵剂在微量破胶剂作用下迅速实现环境响应破胶(高温、高矿化度、高CO_(2)含量),2~5 d内完全解堵,从而快速恢复生产。该暂堵剂在吉林油田某井进行了现场试验,效果较好。环境响应型暂堵剂的研究思路具有可行性,也为我国CCUS油藏压井暂堵技术的现场应用提供了参考。

煤电CCUS产业化发展路径与综合性政策支撑体系

碳捕集利用与封存(CCUS)技术是实现煤电产业低碳转型升级的重要技术路径,也是保障未来电力系统安全稳定运行的关键手段。然而,当前煤电与CCUS技术耦合的发展路径尚不清晰,相应政策机制也存在优化空间。作者量化测算了煤电CCUS应用对于中国能源低碳转型战略的贡献,从时空维度刻画煤电CCUS产业化发展路径,进一步构建适应国情的综合性政策支撑体系框架。研究结果表明,煤电耦合CCUS发展具备技术经济可行性,不仅可以实现能源电力系统深度脱碳,带来显著的煤电行业产出及就业红利,还能有效控制全社会平均碳价格水平。在时间维度上,未来煤电CCUS产业化发展路径应划分为技术研发与示范(2021—2030年)、规模化应用(2030—2040年)、商业化发展(2040—2060年)三个阶段。在空间维度上,技术经济可行且适合集群发展的区域为鄂尔多斯盆地、准噶尔盆地、渤海湾盆地等。通过构建包含“宏观支持、财税金融、市场机制、技术研发示范、管理体系”等在内的综合性政策支撑体系框架,有助于实现煤电CCUS的规模化发展。在煤电CCUS的技术研发与示范阶段,应实行封存补贴、发电小时数补偿、上网电价补贴等更为确定性的激励政策。当项目成本下降到一定程度后,应逐步过渡为碳交易、绿电交易机制等市场化政策工具,并推广绿色金融等机制。基于相关结论,该研究提出了针对性政策建议,以期为推动中国煤电行业实现绿色低碳转型提供参考。

“双碳”目标下的中国CCUS技术挑战及对策

CCUS(碳捕集、利用与封存)技术是实现全球碳减排的重要途径,也是保障中国能源安全和推动经济协同发展的重要手段。同时,有利于促进中国可持续发展和生态文明建设。中国CCUS技术各环节均取得了显著进展,但要大规模推广应用仍然存在多重制约。基于文献调研和工作积累,阐述了国内外CCUS技术现状,指出了CCUS技术当前所面临的技术挑战及攻关方向。已有的研究工作表明,解决捕集技术能耗和成本高,驱油封存技术有待进一步研究,化工利用技术转化能耗高、转化效率低,封存安全性监测和评估技术体系尚未建立等难题的对策措施有:①针对不同排放源的特性,选用不同的碳捕集方法多元化融合实现源头降本;②攻关多目标优化技术,协调优化驱油效率和CO_(2)封存率;③持续研发新型催化剂,加速CO_(2)的转化反应,提高转化效率;④充分借鉴美国、澳大利亚等国家的碳税政策,探索适合中国CCUS产业的财税激励政策,增加经济效益,提高企业积极性;⑤建立覆盖CCUS全链条各环节的系列标准规范,指导工程建设实施,从规范上降低企业风险。通过这些措施的实施,推动中国CCUS技术的快速发展,为实现碳中和目标做出更大的贡献。

零碳清洁煤电发展研究——“清洁煤电+CCUS”的可行性与竞争性

逐步增强的稳定性和低碳化双重要求,决定了清洁煤电配套碳捕集、利用与封存(CCUS)和新能源发电配套储能成为我国电力领域未来发展的必然趋势。本文系统调研分析国内外清洁煤电、CCUS、新能源发电、储能等典型案例,研判技术发展趋势;采用涵盖全生命周期的平准化度电成本模型,测算现阶段、技术突破、商业化规模化3个阶段“清洁煤电+CCUS”的经济性及其变化,并从经济性、稳定性、安全性3个维度与“新能源+储能”进行对比分析,评估“清洁煤电+CCUS”的竞争力。分析表明:技术突破、CCUS商业化规模化将推动“清洁煤电+CCUS”成本降低30.3%~77.6%;当CCUS成本低于550元/t CO_(2)时,“清洁煤电+CCUS”相比“新能源+储能”更有竞争力;当CCUS成本低于150元/t CO_(2)时,“清洁煤电+CCUS”成本将低于“新能源+储能”。基于二者的竞争性和协同性,测算分析了“清洁煤电+CCUS”的优势技术路线和应用场景。围绕提升清洁煤电的互补性、增强“清洁煤电+CCUS”的竞争性、推进煤电与新能源优化组合发展等方面,提出了零碳清洁煤电突破方向与技术路径:明确优先发展技术路线,加强变革性、颠覆性技术研发,提升清洁煤电机组调峰能力,促进煤电与新能源耦合协同发展,构建高端复合人才支撑体系。

苏北油区CCUS-EOR项目全成本经济评价体系研究

将CO_(2)捕集、利用与封存(CCUS)技术与提高原油采收率(EOR)技术相结合,将捕集的CO_(2)注入地下驱油,在提高采收率的同时实现碳封存。CCUS-EOR项目的完整流程包括捕集压缩、运输、驱油、回注等多个环节。本文将CCUS-EOR全流程视为一个整体,通过剖析CO_(2)驱与常规水驱开发成本构成差异,建立适宜的CCUS-EOR项目全成本经济评价体系,确定捕集成本、运输成本、驱油成本的取值依据,推导出考虑碳减排收益的盈亏平衡模型,满足CCUS-EOR项目快速评价、辅助决策需求。

CCUS与新能源系统集成方式初探

在“双碳”目标下,碳捕集、利用与封存(CCUS)和新能源系统集成有着重要的意义。结合国内外发展趋势,分析认为CCUS与新能源系统的集成在强化CCUS净减排量、提供负碳排放、支撑清洁电力系统、构建循环碳经济等方面有着重要潜力。结合国内外相关实践,CCUS与新能源系统集成方式主要有CCUS与风光能源系统集成、CCUS与氢能系统集成、CCUS与生物质能系统集成、CCUS与地热能系统集成,每种方式适用于特定的应用场景且在经济性方面尚不够成熟。最后,为我国未来CCUS与新能源系统集成提出相关建议,包括继续探索更多类型的集成方式、深化集成方式的应用场景研究以及提供更完善的保障与激励等。

Bow-tie技术在CCUS项目注入系统的应用

二氧化碳捕集、利用与封存(CCUS)技术是实现化石能源低碳化利用的重要技术手段。但CCUS全流程存在二氧化碳泄漏、冻伤、窒息以及物体打击等风险,特别是注入系统涉及高压、低温及二氧化碳多相态变化等,易造成二氧化碳腐蚀、泄漏。通过Bow-tie技术对某CCUS项目注入系统开展风险识别、分析和控制,重点对设备设施及作业活动危害因素分析并制定有效管控措施,研究结果可为CCUS注入系统长期安全平稳高效运行提供技术支持。

中国水泥行业CCUS技术发展现状

中国水泥行业已提前实现碳达峰,迈向碳中和进程,碳捕集利用与封存(CCUS)是实现水泥行业“双碳”目标的关键技术路径。本文介绍了CCUS的发展历程,分析中国水泥行业发展现状,以及“双碳”目标下CCUS对水泥行业的重要性,梳理了中国CCUS项目建设推进情况、标准研制情况及产业化发展面临的挑战等。结果表明,CCUS是水泥工业未来实现低碳减排转型发展和实现碳中和目标最实用、最有效的方法之一。目前中国水泥行业推进CCUS项目发展进程仍相对较缓,仍需要相关政策、技术、资金等的支持和产业集群建设、上下游协同等市场协调机制,推进CCUS与传统产业、新兴产业融合。

CCUS海上管线设施的腐蚀与选材研究进展

海上碳捕集、利用与封存(CCUS)腐蚀环境相对陆上更为恶劣,管道与设施外部处于海洋环境中,内部为超临界CO_(2)及腐蚀性杂质。综述了CCUS中海上设施的腐蚀风险与选材情况。金属的腐蚀风险包括CO_(2)-H_(2)O相诱发的腐蚀风险、气相杂质诱发的腐蚀风险、Cl^(-)诱发的腐蚀风险。金属的选材主要包括碳钢、低合金钢、耐蚀合金等,应依据不同的CCUS工况选择合适的金属材料。此外,非金属材料在超临界CO_(2)介质环境中受到化学腐蚀及物理降解,在超临界CO_(2)测试后,非金属材料的渗透率、膨胀率增大,力学性能下降。长周期服役后,非金属管道存在老化风险。目前,超临界CO_(2)体系下材料的腐蚀失效机理研究有待进一步完善,CCUS海上设施选材还不成熟,尤其是在含有多种杂质气体的复杂工况下,仍需要更多地研究完善CCUS海上设施材料的选择体系,以支撑海上CCUS技术规模化应用。

CCUS井水泥环腐蚀预测模型及影响因素

目的CCUS井的水泥环长期处于CO_(2)腐蚀环境中,水泥环将被腐蚀导致CO_(2)泄漏,需对腐蚀速率进行预测。然而目前的腐蚀预测模型以井眼和半经验公式为主,导致水泥环腐蚀预测不准确,制约了CCUS井水泥环腐蚀防治技术的研究。方法针对这一问题,基于CO_(2)和钙质量守恒定律,建立了CO_(2)腐蚀深度预测模型,并利用该模型分析了腐蚀时间、温度、CO_(2)分压、水灰比和耐腐蚀材料加量对腐蚀深度的影响规律,并建立了评价模型,对影响因素的影响程度进行排序。结果CO_(2)腐蚀深度随腐蚀时间、温度、Cl—浓度、CO_(2)分压、水灰比及含水饱和度增加而增大,随着水泥环密度、耐腐蚀材料加量增加而减少;水泥环中CO_(2)含量随腐蚀深度呈非线性降低。影响因素由强到弱为:含水饱和度>耐腐蚀材料>水灰比>CO_(2)分压>腐蚀时间>水泥环密度>Cl—浓度>温度。结论研究成果对于CCUS井控制CO_(2)对水泥环的碳化腐蚀保障井筒完整性具有指导意义。

国内油气企业CCUS项目现状及产业发展探究

二氧化碳捕集、利用与封存(CCUS)技术是实现净零排放的重要途径之一。双碳背景下,CCUS项目数量及产业规模呈现快速增长态势,油气企业基于其业务特点在CCUS领域开展了全球布局,并深度参与项目开发及运营,但由于产业链成本高,以及关键技术限制,CCUS产业的规模化发展仍需统筹规划和合理布局。系统分析了国内外CCUS项目和产业发展现状,以及油气企业在CCUS领域的布局和实践,从产业规模、技术及成本趋势等角度分析了产业发展前景。对未来国内油气企业的CCUS产业发展提出了建议,如打造CCUS完整产业链、分阶段稳步推进、做好技术研发顶层设计、选择性进入产业链关键环节和重视产业链运作能力的培养等。